高可靠性軋機用對中導(dǎo)尺設(shè)備

馬江濤

(大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司，遼寧 大連 116013)

0 前言

導(dǎo)尺(又稱推床)是中厚板、帶鋼、爐卷等軋制生產(chǎn)線上的重要設(shè)備，常布置于主軋機前后，其作用是將軋件對準(zhǔn)軋制中心線，防止軋件跑偏，為軋件順利通過軋機提供保障。導(dǎo)尺在工作過程中，通過調(diào)整兩側(cè)推板的開口度，來控制不同規(guī)格、不同寬度的軋件與軋制中心線對中，可有效降低軋件兩側(cè)的軋制力偏差，有利于提升產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。

當(dāng)前，國內(nèi)外的主軋機前、后導(dǎo)尺常采用電動和液壓傳動兩種型式。

(1)導(dǎo)尺設(shè)備以電動機為動力，將電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為推桿的直線運動。而電動機輸出的轉(zhuǎn)速經(jīng)過蝸輪蝸桿減速后，再由齒輪齒條傳動時，推板的直線運動速度提升空間有限。由于傳動方式是機械傳動，在對中過程中軋件對導(dǎo)尺設(shè)備沖擊力較大，推板在長期沖擊作用下磨損變形嚴(yán)重，推板與推桿間竄動大，致使兩側(cè)推板對中性能差，或行程控制不當(dāng)導(dǎo)致齒條脫落等現(xiàn)象時有發(fā)生，最終造成設(shè)備故障率高，對工作效率和產(chǎn)線產(chǎn)能帶來不利影響[1-2]。

(2)導(dǎo)尺設(shè)備動力采用液壓傳動，在工作輥道單側(cè)設(shè)置液壓缸，通過液壓缸驅(qū)動并輔助使用支撐輪、導(dǎo)尺、導(dǎo)衛(wèi)梁等部件，并最終由兩側(cè)推板完成軋件的對中軋制。由于夾鋼軋制負(fù)載較大，考慮到主軋機的巨大拉力和液壓缸推板的夾緊力，導(dǎo)尺設(shè)備工作時承受的傾翻載荷較大[3-4]，導(dǎo)尺設(shè)備與底座間連接螺母易松動脫落，固定狀態(tài)失穩(wěn)。為安裝檢修方便，用戶要求將導(dǎo)尺底座設(shè)計成整體型式，且地腳螺栓用混凝土澆鑄以增強穩(wěn)定性，后期施工難度大，需將混凝土破壞鑿開，拆卸耗時長。此外，液壓缸活塞桿端靠近熾熱態(tài)軋件，其密封系統(tǒng)高溫下易老化失效，影響使用壽命，且密封系統(tǒng)失效后，易發(fā)生泄油噴油現(xiàn)象，污染設(shè)備和工作環(huán)境，存在安全隱患。

通過對比分析導(dǎo)尺設(shè)備的兩種結(jié)構(gòu)型式，采用液壓傳動作為動力系統(tǒng)，將是未來一段時間內(nèi)導(dǎo)尺設(shè)備的首選方案。在提高設(shè)備抗沖擊性、增強工作穩(wěn)定性的前提下，綜合考慮現(xiàn)場環(huán)境和生產(chǎn)實際，從提升工作效率、降低維護(hù)時間、提高設(shè)備安全性能等方面著手，設(shè)計了一種高可靠性軋機用對中導(dǎo)尺設(shè)備，突破產(chǎn)能瓶頸，以滿足熱軋生產(chǎn)線的實際應(yīng)用需求。

1 高可靠性軋機用對中導(dǎo)尺設(shè)備

1.1 導(dǎo)尺設(shè)備布置

本導(dǎo)尺設(shè)備的動力由液壓傳動提供，如圖1所示為主軋機前、后導(dǎo)尺布置示意圖，軋機前導(dǎo)尺、軋機后導(dǎo)尺相對于軋機中心線對稱布置，且分別位于主軋機前、后工作輥道兩側(cè)，兩側(cè)可單獨驅(qū)動，每側(cè)均作為一套獨立的單元。

圖1 主軋機前、后導(dǎo)尺布置示意圖

1.2 結(jié)構(gòu)功能

無論是精軋機前導(dǎo)尺，還是精軋機后導(dǎo)尺，在工作輥道的每一側(cè)均設(shè)置兩組液壓缸，推板懸掛固定在兩根推桿上，每根推桿各有一組液壓缸提供驅(qū)動力，推桿位于箱體內(nèi)，且通過齒輪齒條機構(gòu)推拉推板以實現(xiàn)兩側(cè)開口度的調(diào)整。單側(cè)兩個箱體之間由連接梁焊接固定以提升抗沖擊性能，左右兩個箱體內(nèi)推桿下部設(shè)計齒輪軸，用一根同步軸連接，可實現(xiàn)兩根推桿的同步運動。液壓缸內(nèi)部均設(shè)有內(nèi)置位移傳感器，用于控制推板的行程，最終完成軋件相對于軋制中心線的對中任務(wù)。

1.3 主要性能參數(shù)

根據(jù)導(dǎo)尺設(shè)備布置型式和實際需求，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 導(dǎo)尺設(shè)備的主要性能參數(shù)

2 導(dǎo)尺設(shè)備的抗沖擊性能研究

2.1 導(dǎo)尺工作狀態(tài)下的受力分析

2.1.1 技術(shù)難點概述

軋鋼生產(chǎn)線在可逆軋制過程中，導(dǎo)尺用來保證軋件對中軋制中心線后順利通過主軋機。因此，該設(shè)備對軋件的成品質(zhì)量有直接影響。順軋軋制時，軋件由工作輥道傳送至軋機入口側(cè)附近區(qū)域后，工作輥道停止轉(zhuǎn)動，軋機前導(dǎo)尺驅(qū)動兩側(cè)推桿，由推板夾持軋件沿工作輥道中心線滑動，實現(xiàn)軋制對中，再驅(qū)動工作輥道輸送軋件至軋輥完成軋制，待軋件頭部通過軋輥后，精軋后導(dǎo)尺的推板夾持軋件，待軋件尾部完全通過軋輥后，工作輥道停止轉(zhuǎn)動。逆軋軋制時，軋件由工作輥道傳送至軋機出口側(cè)附近區(qū)域后，工作輥道停止轉(zhuǎn)動，軋機后導(dǎo)尺驅(qū)動兩側(cè)推桿帶動推板，夾持軋件進(jìn)行對中操作，此后過程與順軋軋制保持一致。

而實際軋制一段時間后，導(dǎo)尺的推板因受力面磨損程度不均，或推板夾持軋件后，輥道誤操作而轉(zhuǎn)動，致使推板帶載工作。因此，現(xiàn)場作業(yè)時，常存在的問題：

(1)推板受力面磨損后，夾持軋件時，會有一個水平方向的分力，造成地腳聯(lián)接緊固件旋轉(zhuǎn)松動，導(dǎo)尺設(shè)備固定失穩(wěn)。

(2)導(dǎo)尺推板夾持軋件后，輥道誤操作而轉(zhuǎn)動，在水平方向的分力作用下，地腳聯(lián)接緊固件旋轉(zhuǎn)松動，導(dǎo)尺設(shè)備固定失穩(wěn)。

2.1.2 正常軋制條件下的受力分析

軋機前、后導(dǎo)尺是軋件軋制時的重要設(shè)備，軋機前導(dǎo)尺沿軋制方向位于入口側(cè)區(qū)域，軋機后導(dǎo)尺布置在出口側(cè)區(qū)域，軋機前導(dǎo)尺和軋機后導(dǎo)尺共同協(xié)調(diào)動作，完成軋件的多道次可逆軋制。因此，需要對導(dǎo)尺工作時的受力進(jìn)行分析，有助于從根本上解決設(shè)備失穩(wěn)的關(guān)鍵技術(shù)難題。

正常軋制條件下，無論順軋軋制還是逆軋軋制，推板夾持軋件均沿工作輥道中心線方向滑動，推板對軋件的作用力F垂直于軋件，且指向軋制中心線(如圖2a、圖2c所示)；相對應(yīng)地，軋件對推板的反作用力F′垂直于軋件，且背離軋制中心線。導(dǎo)尺底座上分布的T形頭地腳螺栓的受力方向F′(與軋件受力方向一致)均為垂直于軋件，且背離軋制中心線(如圖2b、圖2d所示)。

圖2 軋件及導(dǎo)尺底座受力分析圖

2.1.3 極端軋制下的受力分析

根據(jù)導(dǎo)尺工作特點，并結(jié)合作業(yè)工況，實際軋制一段時間后，導(dǎo)尺推板因受力面磨損程度不均，或?qū)С咄瓢鍔A持軋件后，輥道誤操作而轉(zhuǎn)動，其受力狀況又不同于正常軋制狀態(tài)：

(1)軋機前導(dǎo)尺(軋機后導(dǎo)尺)的推板因受力面磨損程度不均，如圖3所示，使得開口度尺寸：入口側(cè)>出口側(cè)。順軋時，軋機前導(dǎo)尺(軋機后導(dǎo)尺)的推板已經(jīng)夾持住軋件，但因誤操作致使輥道轉(zhuǎn)動，如圖4所示，使軋件產(chǎn)生向前運動(自左向右)的趨勢，致使推板夾持軋件帶載工作。

圖3 開口度(入口>出口)不等時軋件受力分析圖

圖4 順軋時(輥道誤操作旋轉(zhuǎn))軋件受力分析圖

(2)軋機后導(dǎo)尺(軋機前導(dǎo)尺)的推板因受力面磨損程度不均，如圖5所示，使得開口度尺寸：出口側(cè)>入口側(cè)。逆軋時，軋機后導(dǎo)尺(軋機前導(dǎo)尺)的推板已經(jīng)夾持住軋件，但因誤操作致使輥道轉(zhuǎn)動，如圖6所示，使軋件產(chǎn)生向后運動(自右向左)的趨勢，致使推板夾持軋件帶載工作。

圖5 開口度(出口>入口)不等時軋件受力分析圖

圖6 逆軋時(輥道誤操作旋轉(zhuǎn))軋件受力分析圖

2.2 改變螺栓布置形式提升設(shè)備的抗沖擊性能

根據(jù)T形頭地腳螺栓的受力分析，掌握其非正常工作狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)趨勢，打破原有T形頭地腳螺栓的單一旋向布置型式，如圖7、圖8所示，將T形頭地腳螺栓的螺紋設(shè)置成左旋、右旋兩種型式，且沿導(dǎo)尺底座呈間隔布置狀態(tài)。

圖8 T形頭螺栓螺紋旋向布置圖(軋機后導(dǎo)尺)

T形頭地腳螺栓按此種布置型式，即便出現(xiàn)推板受力面磨損，或者輥道因誤操作而轉(zhuǎn)動等極端情況，總有50%的T形頭地腳螺栓正常工作來固定導(dǎo)尺設(shè)備，可有效解決非常態(tài)下的緊固件旋轉(zhuǎn)松動、設(shè)備失穩(wěn)等技術(shù)難題，提升導(dǎo)尺設(shè)備的抗沖擊性能。

3 防傾翻導(dǎo)尺設(shè)備及安全性液壓裝置

3.1 傳統(tǒng)技術(shù)的缺陷

目前國內(nèi)外以液壓缸作為驅(qū)動裝置的軋機前、后導(dǎo)尺設(shè)備，如圖9所示，通過齒輪齒條機構(gòu)驅(qū)動推桿，以此來帶動推板完成軋件的夾持和對中。但在實際工作時，常存在的問題：

圖9 軋機導(dǎo)尺的液壓缸驅(qū)動工作示意圖(改進(jìn)前)

(1)軋機導(dǎo)尺在最小開口度b位置時，液壓缸處于最大工作行程，推板夾持軋件時，活塞桿伸出過長，箱體重心分布存在較大的傾翻力矩，受力狀態(tài)不穩(wěn)。

(2)液壓缸活塞桿端靠近熾熱軋件，桿端密封系統(tǒng)高溫下易老化失效，發(fā)生泄油噴油現(xiàn)象，污染設(shè)備和工作環(huán)境。泄油噴油一旦觸及熾熱態(tài)軋件，易發(fā)生躥火現(xiàn)象，安全隱患較大。

3.2 液壓傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

針對現(xiàn)場實際狀況和安全隱患進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，對液壓缸進(jìn)行重新布置，液壓缸活塞桿端遠(yuǎn)離工作輥道，避免了熾熱軋件對液壓缸密封系統(tǒng)的直接烘烤，延長了使用壽命，同時也降低了泄油躥火的安全隱患。改進(jìn)后軋機導(dǎo)尺的液壓缸驅(qū)動工作示意圖如圖10所示。

圖10 軋機導(dǎo)尺的液壓缸驅(qū)動工作示意圖(改進(jìn)后)

通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，活塞桿端遠(yuǎn)離工作輥道側(cè)，與傳統(tǒng)技術(shù)大相徑庭，當(dāng)軋件處于最小開口度b位置時，活塞桿端處于收縮狀態(tài)，伸出長度最小，夾持軋件時受力狀態(tài)最為穩(wěn)定。

軋件處于最大開口度a位置時，活塞桿端處于拉伸狀態(tài)，伸出長度最大，整個推桿重心在箱體內(nèi)(與傳統(tǒng)技術(shù)的推桿重心在箱體外對比)，沿推桿長度方向的載荷分布更為均勻，不用考慮因重心導(dǎo)致的傾翻力矩，設(shè)備受力較傳統(tǒng)技術(shù)也更為穩(wěn)定。

4 可快速更換的導(dǎo)尺底座

用戶現(xiàn)場為了方便安裝，經(jīng)常將箱體與導(dǎo)尺底座設(shè)計成整體型式，其地腳螺栓用混凝土澆鑄以增強穩(wěn)定性，但后期拆卸難度加大，需將混凝土破壞性鑿開，維檢時間長。

針對地腳螺栓拆卸難度大，維檢耗時長等難題，將箱體與導(dǎo)尺底座設(shè)計成分體型式，導(dǎo)尺底座上部設(shè)置焊接擋塊，既方便箱體的拆裝吊運，又能增強箱體的抗沖擊性能；箱體與導(dǎo)尺底座之間采用T形頭地腳螺栓聯(lián)接，且導(dǎo)尺底座下方焊接混凝土防護(hù)槽，可將T形頭地腳螺栓與混凝土地基隔開，避免因混凝土結(jié)構(gòu)的破壞性拆除而增加施工難度，大幅提升維檢效率。改進(jìn)后的導(dǎo)尺底座結(jié)構(gòu)如圖11所示。

圖11 導(dǎo)尺底座結(jié)構(gòu)示意圖

T形頭地腳螺栓的安裝步驟：

(1)準(zhǔn)備工作(T形頭地腳螺栓安裝前的布置狀態(tài))。每個長形孔下面設(shè)置兩組小擋塊，沿長形孔的長邊呈對角線布置；混凝土防護(hù)槽焊接在導(dǎo)尺底座的下部，且靠近長形孔區(qū)域。如圖12所示：長形孔的長邊為A，短邊為B，邊角倒圓為R；T形頭地腳螺栓的頭部長度為a，寬度為b；其中：A>a，B>b。

圖12 安裝前的準(zhǔn)備工作

(2)放入T形頭地腳螺栓。將T形頭地腳螺栓對準(zhǔn)長形孔，如圖13所示，輕輕晃動使其頭部接觸防護(hù)槽底部后，松開T形頭地腳螺栓；逐個放入八組T形頭地腳螺栓，此時從T形頭地腳螺栓頂部向下看，切口標(biāo)記線Q水平布置，與長形孔的長邊平行，與長形孔的短邊垂直。

圖13 放入T形頭地腳螺栓

(3)旋轉(zhuǎn)T形頭地腳螺栓。手持T形頭地腳螺栓的螺桿端部，向上提升一定高度，確保T形頭地腳螺栓頭部的上表面，高于小擋塊的下表面；如圖14所示，逐個將T形頭地腳螺栓逆時針旋轉(zhuǎn)90°(順時針旋轉(zhuǎn)時，將被小擋塊卡死)，從T形頭地腳螺栓頂部向下看，切口標(biāo)記線Q豎直布置，與長形孔的長邊垂直，與長形孔的短邊平行。

圖14 旋轉(zhuǎn)T形頭地腳螺栓

最后，將箱體吊裝至導(dǎo)尺底座的上方，箱體的底板安裝孔與導(dǎo)尺底座的八組T形頭地腳螺栓分別對正，箱體自T形頭地腳螺栓的螺桿頂部穿過后，落在導(dǎo)尺底座的頂部鋼板上表面，調(diào)整好位置。逐個檢查T形頭地腳螺栓的切口標(biāo)記線Q，確保與長形孔的長邊垂直，與長形孔的短邊平行，將所有的T形頭地腳螺栓用連接緊固件旋緊固定。

5 結(jié)束語

(1)對導(dǎo)尺在極端條件下(推板受力面磨損或者輥道因誤操作而轉(zhuǎn)動)的工作狀態(tài)進(jìn)行受力分析，掌握了非正常工作狀態(tài)下，T形頭地腳螺栓的旋轉(zhuǎn)趨勢，將其螺紋設(shè)置成左旋、右旋兩種間隔布置型式，有效解決了緊固件旋轉(zhuǎn)松動、設(shè)備失穩(wěn)等技術(shù)難題，提升導(dǎo)尺設(shè)備的抗沖擊性能。

(2)對液壓缸進(jìn)行重新布置，液壓缸活塞桿端遠(yuǎn)離工作輥道，延長了密封系統(tǒng)的使用壽命，同時也解決了泄油躥火風(fēng)險。液壓缸處于最大工作行程時，推桿重心在箱體內(nèi)，其載荷分布更為均勻，消除了箱體傾翻的安全隱患。

(3)箱體與導(dǎo)尺底座采用分體型式，且導(dǎo)尺底座下方的混凝土防護(hù)槽，完全將T形頭地腳螺栓與混凝土地基隔開，降低了施工難度，大幅提升了維檢的工作效率。

新研制的軋機導(dǎo)尺設(shè)備已在國內(nèi)某用戶現(xiàn)場投產(chǎn)兩年多，徹底告別了軋件沖擊力大、設(shè)備故障率高等不良工作環(huán)境。該設(shè)備工作性能穩(wěn)定，抗沖擊性能強、開口度調(diào)整精度高、拆裝檢修效率高，實現(xiàn)了導(dǎo)尺設(shè)備的低速啟動、高速運行、動作平穩(wěn)及開口度精準(zhǔn)限位等性能要求，軋件尺寸控制良好，產(chǎn)品質(zhì)量明顯改觀，是高可靠性的軋機導(dǎo)尺設(shè)備。