鋼帶熱軋機機前導尺裝置的設計改進

劉旭東

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

鋼帶熱軋機一般為可逆軋機，通過多道次的軋制將鑄錠軋制成板材或卷材。主要有加熱爐、輸送輥道、立輥軋機、機前導尺裝置、機前組合輥道、軋機主機、機后導尺裝置、機后組合輥道、卷取機、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成。本熱軋機來料是經(jīng)過銑面的80mm～150mm厚鑄錠，軋制后的厚度為4mm～8mm。帶材軋制時，鑄錠從加熱爐通過輥道輸送至機前導尺位置，導尺將鑄錠對中，機前組合輥道把鑄錠送入軋輥，鑄錠經(jīng)過多道次反復軋制至成品厚度，經(jīng)過冷卻、切頭、卷取成卷材。

機前導尺配置在軋機主機前，機前組合輥道的上方，是熱軋機組上必不可少的裝置。當鑄錠被輸送至機前導尺位置，導尺快速將鑄錠夾持進行對中，使鑄錠的中心線與軋制中心線重合，然后導尺單邊打開3mm左右，鑄錠由輥道送入軋輥，軋制過程中導尺兼有產(chǎn)生后張力、防止帶材跑偏等功能。導尺的結構設計是否合理對提高產(chǎn)品質(zhì)量和成品率有著重大影響。

機前導尺由兩側導板、導板固定座、導尺移動機構、導尺導向裝置、兩側底座等組成。通過調(diào)整兩側導板開口度，控制不同板寬、不同規(guī)格的帶材與軋制中心線對中，保證帶材軋制產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 機前導尺裝置原始結構設計及存在的問題

機前導尺采用液壓缸驅(qū)動，油缸兩邊設有導向裝置，防止導尺在運行過程中由于受力不均引起的偏斜或擺動，兩導柱之間用連接梁連接，增加機前導尺裝置的穩(wěn)定性。

(1)在軋制不同寬度的帶材時，導尺的開口度要根據(jù)不同帶材的寬度調(diào)節(jié)。導尺開口度調(diào)整采用絲杠及擋塊機構，調(diào)整時電機帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，控制絲杠上面的定位擋塊開合，人工測量開口度大小，到達設定值后定位機構鎖緊。需要人工輔助測量，操作過程繁瑣，定位精度低，效率低。

帶材在軋制過程中，當軋制完一個道次后帶材寬度會發(fā)生變化，不同軋制道次的寬展量也不一樣，所以不同道次的寬度也不同。此機構調(diào)整后開口度固定不變，不能根據(jù)帶材寬度的不同調(diào)整導尺的開口度。在軋制較薄帶材時會擠壓帶材出現(xiàn)拱起傾翻的現(xiàn)象，從而造成帶材損傷，且導尺導板易被帶材刮傷，導板磨損嚴重。

(2)導尺對帶材對中后，按生產(chǎn)經(jīng)驗導尺單邊一般打開3mm左右，軋輥咬料對帶材軋制時，導板表面會與帶材摩擦，出現(xiàn)因摩擦產(chǎn)生的溝槽，較深的溝槽會造成帶材邊部裂紋，且邊部的氧化皮、毛刺會脫落到帶材表面，造成鋼板次品、廢品。所以當導板磨損后需要及時更換，零件經(jīng)常因下半部分磨損且不能修復后報廢，產(chǎn)生極大的浪費。

(3)在生產(chǎn)過程中，新的導板一般使用2d～3d更換一次，更換下來的導板可以把磨損部分修磨后繼續(xù)使用，導板與導板固定座之間采用多個螺栓連接，導板拆卸不便，安裝困難，更換兩側導板需要5h～6h，這樣將降低產(chǎn)量，增加人工成本。

在夾持較厚帶材時導尺裝置剛性不足，導向裝置、兩側底座等都變形很大，導向裝置導向柱、銅套磨損嚴重，銅套需頻繁更換。

2 原因分析

如前所述，原設計中問題經(jīng)匯總分析主要原因如下：

(1)機前導尺設計采用普通的液壓缸和換向閥，控制單邊導尺導板，該控制方式及結構形式不能實現(xiàn)夾緊力大小的調(diào)節(jié)和精確的開口度。雖然采用一個普通的換向閥控制兩個液壓缸，但是由于液壓缸、導向柱等滑動摩擦副的摩擦力不同和機械零件加工誤差的存在，也很難保證兩邊同步動作。且普通換向閥不能調(diào)整油缸對帶材的夾緊力，在夾持較薄帶材時夾緊力過大，致使擠壓帶材出現(xiàn)拱起傾翻現(xiàn)象。

(2)機前導尺裝置導板安裝在機前組合輥道上方，為了防止軋制時較薄帶材夾到輥子與導板之間的間隙中，一般使導板下平面低于輥子上面5mm～10mm，導板下方根據(jù)輥子間距加工成圓弧。在軋制過程中，導板下半部分與帶材接觸頻繁，所以往往導板下半部分磨損比較嚴重，由于原設備結構上的限制，兩側導板不能做成對稱結構，導板安裝時無法實現(xiàn)上、下部分位置互換。

(3)在設備使用過程中，由于立輥軋機的開口度重復性較差，使用效果不好，該設備取消了機前立軋輥裝置，機前導尺還兼有部分立軋輥的作用。所以導尺在軋制過程中對帶材的夾持力和受到帶材的沖擊力都非常大，導尺裝置在軋制過程中變形較大，需要加固導尺增加剛性，但是由于受機前空間限制，為了保證導尺的最大開口度不變，現(xiàn)導尺結構想增加剛性不易實現(xiàn)。

為了保證導板與導板固定座之間的連接可靠，原設計采用了多個螺栓連接形式，結構設計不合理，軋機機前部分結構復雜，空間狹小，安裝導板固定螺栓時操作不便，導致每次更換導板要花費較長時間。

3 改進方案與效果分析

針對以上問題，技術人員進行技術攻關與不斷嘗試，制定了多種方案，經(jīng)大家討論分析后，確定了最合理化的設計。

(1)拆除原絲杠及擋塊定位機構，普通液壓缸更換為帶內(nèi)置位移傳感器的液壓缸，普通液壓換向閥更換為液壓比例閥。導尺開口度靠位移傳感器精確控制，位置控制精度≤2mm。導尺工作采用液壓比例閥、壓力傳感器、位置傳感器閉環(huán)來實現(xiàn)夾持位置控制與壓力控制。

軋制前，根據(jù)來料寬度不同、各個道次的寬展不同，在操作界面輸入導尺每個道次的開口度數(shù)值。在軋制過程中，導尺會根據(jù)道次信號、傳感器信號按設定的開口度夾緊帶材，夾持力大小也可根據(jù)每道次帶材的厚度預先設定，實現(xiàn)程序控制。

此方案實施后，減少了人工測量調(diào)整導尺開口度的過程，導尺開口度位置控制精度高，油缸同步性好，拆除了原導尺定位機構，減少了設備維護工作量。在軋制較薄帶材時選擇壓力閉環(huán)，達到設定的夾持力后油缸退回，減小了導板的磨損，解決了帶材損傷的問題，提高了產(chǎn)品的成品率。

(2)根據(jù)現(xiàn)場情況，對機前導板及導板固定座進行了優(yōu)化設計。新導板如圖1所示，在保證滿足使用要求下，零件設計為沿中心線對稱結構，使兩側導板可以互換。當導板靠近輥子部分磨損嚴重后，把磨損嚴重的部分換到另一側上方后繼續(xù)使用，待導板上、下部分都磨損嚴重后再拆下來修磨，直到導板厚度不能滿足使用要求后報廢，使導板的壽命延長了1倍左右，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

圖1

(3)導尺結構簡單，在保證導尺最大開口度的前提下，增加了導尺的剛性，即使在軋制厚帶時導尺的變形量也很小，設備可靠性得到了很大提高，且?guī)Р倪叢抠|(zhì)量得到明顯改善。

為了解決導板拆裝不便的問題，新設計取消了多螺栓連接，優(yōu)化后的導尺結構如圖2和圖3所示，導板與導板座之間的連接采用鍵與壓板進行固定，結構設計更加合理。在軋制過程中，序號2鍵承受帶材摩擦導板產(chǎn)生沿機列方向的剪切力，序號8鍵承受由于導板受力不均形成的水平方向的力，豎直方向分力較小，用壓板序號3、序號4壓緊，防止由于裝配間隙造成的導板竄動。如圖3所示,序號2、序號8鍵用螺栓固定在導板固定座上，以防止拆裝導板時鍵從鍵槽里面滑落。

圖2

圖3

更換導板時拆掉序號3、 序號4壓板上面的螺栓及壓板， 安裝吊環(huán)螺釘， 用行車緩慢吊起導板至鍵槽脫離序號8鍵，水平平移導板使序號2鍵也與導板脫離，導板拆除工作完成。安裝新的導板時讓鍵槽與導板固定座上面的鍵對齊，緩慢把導板落在導板固定座上，檢查確定序號2、序號8兩個部位的鍵都安裝好后用壓板壓緊固定。通過對機前導尺裝置結構的改造，使導板更換時間縮短，由原來的5h～6h減少為現(xiàn)在的1h～2h，大大減輕了檢修工人的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，提高了產(chǎn)量，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。

4 總結與體會

目前各大鋼鐵企業(yè)中，有很多此類生產(chǎn)線。如何縮短導板更換時間、延長導板使用壽命、提高產(chǎn)量是所有熱軋機組企業(yè)共同面臨的問題。有的企業(yè)試圖通過改變導板材質(zhì)及表面硬度提高其使用壽命，但由于導板的表面處理工藝要求難度大或者導板選材成本高等原因，效果都不明顯。本文對原有不合理、不實用的設計進行改進，新開發(fā)設計的導板新型快換結構簡單，拆卸、安裝方便快捷，大大降低了維修成本，方便了現(xiàn)場操作和使用維護，又經(jīng)濟合理。此導尺結構經(jīng)實踐證明實用、穩(wěn)定，因此具有較強的推廣價值。

對于連續(xù)生產(chǎn)線上的設備，零部件的可靠性非常重要，這種可靠性需要設計者、制造方、使用者多方保證。設計者在保證生產(chǎn)工藝條件下，設計結構應盡量簡單，使設備便于操作，對于需要經(jīng)常更換的零部件、易損件等應能簡捷方便的維修恢復。