唐鋼3500 精軋機(jī)竄輥問題的分析與改進(jìn)

賈 旭，劉志彬，鄭智勇，賈占軍，王 超

（唐鋼中厚板材有限公司，河北唐山 063000）

0 引言

唐鋼3500 四輥可逆式精軋機(jī)軸承座，其工作輥和支承輥軸承座與機(jī)架窗口間留有一定調(diào)整縫隙，用于日常的更換工作輥以及軋制過程中產(chǎn)生的熱補(bǔ)償。為使輥系的定位可靠，工作輥中心線與支承輥中心線沒有設(shè)計(jì)在同一直線上，而是設(shè)計(jì)出給定偏移距8 mm，靠軋制力下的輥系平衡力系產(chǎn)生的水平力，將工作輥和支承輥對(duì)向推向機(jī)架立柱側(cè)面接觸為止。

如圖1 所示，Pr、Qs、T1和T0分別為軋制力、支承輥的支反力、前張力和后張力，水平力Fs。

按照精軋機(jī)的設(shè)計(jì)理念，由于軋機(jī)設(shè)置的偏移距 8 mm 的力約束作用，輥系的工作輥和支承輥在機(jī)架的窗口內(nèi)定位平行，理論上不會(huì)產(chǎn)生竄輥現(xiàn)象。

但是在精軋機(jī)軋制生產(chǎn)過程中，由于精軋機(jī)牌坊滑板安裝基準(zhǔn)面的磨損、窗口尺寸的裝配偏差、中間坯的橫向厚度差、軋輥兩端軸頸及輥身的直徑差、軋制過程中的操作不當(dāng)和軋輥在磨削加工時(shí)產(chǎn)生的加工誤差等因素，使得在生產(chǎn)過程中，工作輥形成較大的軸向力，當(dāng)軸向力增大到一定的程度時(shí)就會(huì)差生竄輥的現(xiàn)象。

圖1 軋機(jī)定位理論示意圖

1 竄輥因素分析

（1）由于工作輥軸承座與機(jī)架窗口之間的配合間隙較大，使得上下輥的軸線呈現(xiàn)成一對(duì)空間異面交叉的直線。軋制過程中軋制力和接觸摩擦力在變形區(qū)內(nèi)產(chǎn)生沿軋輥軸線方向的分力即軸向力，在此分力作用下使軋輥產(chǎn)生具有軸向竄動(dòng)的傾向。

軋輥軸線交叉產(chǎn)生軸向力的大小與工作輥和支承輥間的交叉角度θ 有很大關(guān)系。同時(shí)研究得出，輥間產(chǎn)生的軸向力的大小約為軋制力的（10～15）%。

由此可見，軋輥軸線的異面交叉是誘發(fā)軋輥軸向竄動(dòng)的主要原因。如圖2 所示。其中,Vb是支承輥輥面的線速度，VW是工作輥輥面的線速度，θ 是交叉角。

因此，如果想解決竄輥問題，必須先控制好空間異面交叉角；而想要控制空間異面交叉角，必須先控制好支承輥和工作輥側(cè)隙。

（2）精軋機(jī)主傳動(dòng)萬向接軸的高頻振動(dòng)，使得傳動(dòng)側(cè)機(jī)架牌坊窗口襯板的磨損較操作側(cè)的要大，牌坊滑板、滑板安裝面的嚴(yán)重磨損，以及相對(duì)襯板間安裝時(shí)平行度的超差嚴(yán)重，都會(huì)使工作輥與支承輥的軸線交叉，從而導(dǎo)致工作輥竄輥現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）其他影響因素，如軋輥的加工精度及輥身硬度的不均也可導(dǎo)致竄輥。由于磨床本身的加工精度以及操作等因素，加工后的軋輥輥身很難保證原有的圓柱度。從而時(shí)軋輥在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生軸向力。

圖2 工作輥與支承輥交叉速度矢量圖

2 針對(duì)竄輥事故的解決辦法

（1）修復(fù)牌坊滑板的安裝基準(zhǔn)面。首先需要先將軋機(jī)內(nèi)的輥系全部移出后，再將牌坊滑板全部拆下，在這過程中使用換輥減速機(jī)將自制鋼板平臺(tái)運(yùn)進(jìn)牌坊中，待條件準(zhǔn)備就緒后使用二氧化碳保護(hù)焊對(duì)基準(zhǔn)面進(jìn)行補(bǔ)焊，補(bǔ)焊完畢后才可將帶有多刀頭可校驗(yàn)水平度和垂直度的立式銑床運(yùn)入牌坊內(nèi)準(zhǔn)備加工基準(zhǔn)面，這些工作需要3 天時(shí)間，因此對(duì)于這些檢修維護(hù)周期較長的工作必須集中安排在大中修計(jì)劃中。在施工作業(yè)中，所需的備件拆出之后的使用立式銑床加工中心找被加工基準(zhǔn)面的水平度和基準(zhǔn)面與板坯生產(chǎn)水平面的垂直度是這道檢修工序的關(guān)鍵，滿足加工后兩片牌坊窗口的不平行度和不對(duì)稱度的中心偏差≤0.15 mm；兩片牌坊內(nèi)滑板裝配后，兩窗口的側(cè)面對(duì)軌座的水平面的垂直度允差≤0.07 mm/m，全高允差≤0.25 mm，兩窗口側(cè)面的傾斜度允差≤0.5 mm，以防止加工后的牌坊基準(zhǔn)面水平度、垂直度超所造成的無法彌補(bǔ)的必然形成的空間異面交叉角。

（2）著重加強(qiáng)對(duì)滑板磨損量的控制。對(duì)于起到能夠保證工作輥窗口尺寸的壓緊缸滑板來說，4 種壓緊缸的滑板厚度均不相同（厚度分別為20 mm、24 mm、25 mm、29 mm），但油槽深度均為4 mm。當(dāng)磨損量δ≤4 mm 時(shí)，可采用在滑板后加調(diào)整墊的方式來彌補(bǔ)；當(dāng)磨損量δ＞4 mm 時(shí)，油槽幾乎起不到給油脂的導(dǎo)向作用，此時(shí)如果繼續(xù)在滑板安裝面加調(diào)整墊片組，就可能影響到滑板的潤滑效果，可在下次定修過程中直接更換滑板，以保證窗口尺寸。

對(duì)于安裝在上支承輥上的上壓緊缸滑板，由于其厚度較下滑板薄5 mm，因此更換標(biāo)準(zhǔn)較下滑板也略有不同，當(dāng)δ＞3 mm 時(shí)，對(duì)于操作側(cè)上滑板厚度僅為17 mm，而且螺栓的安裝位處的沉孔尺寸變小，螺栓帽的高度漸漸高出滑板表面，反過來很可能磨損工作輥上的滑板，甚至有可能在換輥時(shí)卡入工作輥滑板的螺栓孔中卡住，抽不出上工作輥，這是很危險(xiǎn)的。因此當(dāng)δ＞3 mm 時(shí)，滑板則需要更換。對(duì)于上滑板，其更換方式比較下滑板也略有不同，因?yàn)橄禄迨前惭b在牌坊上，而上滑板則是安裝在上支承輥上，所以可以在更換支承輥后在生產(chǎn)線下再更換上滑板，而不必占用定修時(shí)間。壓緊缸滑板的更換標(biāo)準(zhǔn)見表1。

圖3 3500 精軋機(jī)輥系現(xiàn)場

表1 壓緊缸滑板的更換標(biāo)準(zhǔn)

而牌坊滑板由于更換周期較長，牽扯到的拆裝工序較多，一般不在定修時(shí)進(jìn)行更換，所以對(duì)于牌坊滑板，較上面所述的壓緊缸滑板的更換標(biāo)準(zhǔn)有所不同，呈現(xiàn)其特征的不是更換標(biāo)準(zhǔn)，而是更換周期。壓緊缸滑板的更換周期見表2。牌坊滑板4 柱共計(jì)16塊，根據(jù)3500 mm 精軋機(jī)主傳動(dòng)及軋輥的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，牌坊滑板的磨損趨勢(shì)呈向下的喇叭形，見圖1，位于牌坊下側(cè)的滑板較易磨損，因此在多次的大中修過程中，只需更換下側(cè)的01089204、01089205、01089207、01089208 共8 塊滑板。

表2 牌坊滑板的更換周期

（3）對(duì)窗口尺寸的控制。窗口尺寸分為牌坊窗口尺寸和工作輥窗口尺寸兩種。牌坊窗口是指同一側(cè)（同是操作側(cè)或同是傳動(dòng)側(cè)）的兩塊滑板間的間距。他很大程度上對(duì)兩件支承輥各自的自轉(zhuǎn)起到約束的作用，保證支承輥圍繞自身的軸線自轉(zhuǎn)而不使其工作軸線發(fā)生偏移。如果牌坊窗口尺寸超差，不僅破壞整個(gè)輥系的穩(wěn)定，而且會(huì)對(duì)板型造成影響。一方面為使支承輥能夠?qū)崿F(xiàn)順利的自動(dòng)更換，另一方面需要對(duì)支承輥的工作軌跡進(jìn)行約束，因此給牌坊窗口尺寸加了公差，見表3。

表3 牌坊和工作輥窗口尺寸公差

工作輥窗口主要起到對(duì)上下工作輥工作軌跡的約束作用，保證上下兩工作輥在自身的軸線工作轉(zhuǎn)動(dòng)而不使工作軸線發(fā)生偏移。因此，一方面為了使工作輥順利的進(jìn)行自動(dòng)更換，另一面還需要對(duì)工作輥的軌跡進(jìn)行約束，同理也給工作輥窗口尺寸加了相應(yīng)的公差，同見表3。

由于牌坊窗口和工作輥窗口都是正差，故相對(duì)的支承輥裝配和工作輥裝配便賦予了負(fù)差，見表4。

表4 支承輥裝配和工作輥尺寸公差

經(jīng)測(cè)量后如果發(fā)現(xiàn)公差超差，在牌坊滑板磨損量δ＜4 mm、壓緊缸滑板磨損量δ＜3 mm 時(shí)，可適當(dāng)考慮在滑板后方的安裝面加調(diào)整墊片進(jìn)行調(diào)整。如果磨損量δ 參數(shù)值過大，則可以考慮更換滑板。

3 結(jié)束語

通過合理制定具有針對(duì)性的維護(hù)計(jì)劃，竄輥事故的發(fā)生率大大降低，達(dá)到事半功倍的效果，提高生產(chǎn)節(jié)奏的穩(wěn)定性和板材的成材率，并在探索中不斷地總結(jié)出一套自己的經(jīng)驗(yàn)和方法。為進(jìn)一步保證軋輥工作時(shí)的穩(wěn)定性、更嚴(yán)密的控制竄輥，徹底根治竄輥問題打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。