冷連軋機(jī)接軸抱緊結(jié)構(gòu)優(yōu)化

周鐵強(qiáng) 高衛(wèi)軍 余愛祥

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川 德陽 618000)

山東某1420冷連軋項目于2015年投產(chǎn)，投產(chǎn)后，用戶反饋在換輥過程中，接軸抱緊裝置經(jīng)常因為定位不準(zhǔn)而導(dǎo)致工作輥扁頭無法順利與萬向接軸扁頭套對接，導(dǎo)致?lián)Q輥失敗，需要人工調(diào)整接軸抱緊裝置的抱緊頭位置后，才能完成換輥工作。此現(xiàn)象大大增加了換輥時間，降低了生產(chǎn)效率，影響生產(chǎn)線年產(chǎn)量。

針對這種情況，我公司對接軸抱緊裝置做了優(yōu)化設(shè)計改進(jìn)，并成功運用于河北某冷連軋項目，取得較好的效果。

1 原設(shè)計接軸抱緊裝置工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

接軸抱緊裝置由抱緊頭、驅(qū)動液壓缸、導(dǎo)向桿和支架等組成。其結(jié)構(gòu)見圖1、圖2。換輥時，為保證新工作輥扁頭能順利插入萬向接軸端部的扁頭套，需要用接軸抱緊裝置固定住工作輥接軸扁頭套的位置。

1.2 工作原理

工作輥工作時，液壓缸驅(qū)動抱緊頭移動至左右兩邊，為工作輥的升降讓出空間。當(dāng)工作輥需要換輥時，液壓缸驅(qū)動抱緊頭向中心移動，將工作輥接軸扁頭套固定在換輥位置上。

抱緊頭采用半徑與萬向接軸工作輥扁頭套外徑一致的圓弧設(shè)計，通過液壓缸驅(qū)動抱緊頭抱緊后，可以將工作輥接軸扁頭套準(zhǔn)確定位在換輥位置上。抱緊頭上、下兩外圓弧結(jié)構(gòu)能夠約束工作輥接軸扁頭套在徑向垂直面內(nèi)的所有自由度，實現(xiàn)精確定位。

1—抱緊頭 2—驅(qū)動液壓缸 3—導(dǎo)向桿 4—支架圖1 接軸抱緊裝置Figure 1 Spindle clamping device

圖2 接軸抱緊裝置Figure 2 Spindle clamping device

2 原設(shè)計換輥失敗問題分析

2.1 換輥失敗問題分析

(1)接軸抱緊裝置使用初期，定位精度誤差在允差范圍內(nèi)正常；使用一段時間后，精度被破壞，定位精度超過允差范圍，無法使用。精度超差主要發(fā)生在垂直方向上，水平精度破壞較小。

(2)換輥時，工作輥扁頭在送入萬向接軸扁頭套時有一定的自位性，允許扁頭套在垂直方向上有微小的擺角，如圖3。由于接軸抱緊裝置約束了萬向接軸扁頭套在垂直方向的自由度，因此，工作輥扁頭會卡在萬向接軸扁頭套中，無法實現(xiàn)自位動作。

圖3 工作輥扁頭與接軸扁頭套之間的擺角示意圖Figure 3 Tilt angle between working roll flat head and spindle flat head sleeve

2.2 設(shè)計問題分析

(1)由于加工和裝配誤差，萬向接軸扁頭套在換輥位置的中心與抱緊頭圓弧中心無法絕對重合，工作狀態(tài)下會發(fā)生過約束現(xiàn)象，在換輥過程中，會很快磨損抱緊頭圓弧面，使其定位精度被破壞。另外，過約束產(chǎn)生的非水平方向分力會使接軸抱緊裝置垂直方向的裝配誤差加大，進(jìn)一步破壞定位精度。

(2)受限于設(shè)備空間位置，抱緊頭僅能抱住萬向接軸扁頭套靠近接軸一端，且抱緊寬度有限。萬向接軸的扁頭套重量較重，工作輥扁頭移出后，另一端會產(chǎn)生向下搭頭的趨勢，如圖4所示。結(jié)合抱緊頭的磨損問題，會導(dǎo)致工作輥扁頭從萬向接軸扁頭套中抽出后，扁頭套未抱緊端產(chǎn)生明顯的搭頭。

圖4 扁頭套搭頭示意Figure 4 End fall of flat head sleeve

3 優(yōu)化設(shè)計

經(jīng)過分析和討論，決定采用接軸托輥支承的結(jié)構(gòu)代替原設(shè)計接軸抱緊的優(yōu)化方案。

3.1 優(yōu)化設(shè)計后接軸托輥支承結(jié)構(gòu)

接軸托輥支承結(jié)構(gòu)由驅(qū)動液壓缸、托輥和擺桿支架等組成，如圖5、圖6、圖7所示。上工作輥接軸支承輥固定在擺桿一端，在液壓缸的驅(qū)動下可以沿高度方向擺動；下工作輥接軸支承輥采用固定支架，換輥時，可直接將下工作輥接軸的扁頭套落在輥輪上。

3.2 接軸托輥支承技術(shù)參數(shù)

接軸托輥支承技術(shù)參數(shù)見表1。

1—驅(qū)動液壓缸 2—托輥 3—擺桿及支架圖5 接軸托輥支承Figure 5 Spindle roller supports

圖6 上工作輥接軸托輥支承Figure 6 Spindle roll supports of upper working rolls

圖7 下工作輥接軸托輥支承Figure 7 Spindle roll supports of lower working rolls

表1 接軸托輥支承技術(shù)參數(shù)Table 1 Technical parameters of spindle roll supports

3.3 接軸托輥支承工作原理

上工作輥工作時，接軸支承的上輥輪由液壓缸驅(qū)動向下擺開，讓開上工作輥的升降空間。當(dāng)上工作輥需要換輥時，接軸支承的上輥輪由液壓缸驅(qū)動向上擺動，在換輥位置托住上工作輥接軸的扁頭套，輥輪的換輥位置由接近開關(guān)控制，并在安裝時調(diào)整好。

下工作輥工作時，下工作輥被AGC缸抬升至軋制高度。當(dāng)下工作輥需要換輥時，下工作輥下降至換輥位置，由于下工作輥的工作高度永遠(yuǎn)高于其換輥位置高度，因此，只需要在下工作輥處于換輥位置時，設(shè)置固定的輥輪即可達(dá)到托住下工作輥接軸的扁頭套的作用。

3.4 接軸托輥支承結(jié)構(gòu)優(yōu)點

上工作輥接軸的扁頭套長度較短，采用兩組輥輪即可穩(wěn)定托住，而下工作輥接軸的扁頭套長度較長，需要三組輥輪才能夠穩(wěn)定托住。經(jīng)過安裝時的調(diào)整，輥輪的位置可以約束上、下工作輥接軸的扁頭套在徑向垂直面內(nèi)除垂直向上以外的全部自由度，而垂直向上的自由度恰好可以滿足工作輥扁頭與萬向接軸扁頭套連接時對自位性的要求，避免原設(shè)計過約束的缺點。

工作輥換輥時，常常由于工況需要，工作輥和接軸需要較長時間才能停止轉(zhuǎn)動，接軸支承輥輪可以直接托住工作輥接軸扁頭套隨萬向接軸一起轉(zhuǎn)動，減少換輥時間，同時也避免不必要的磨損。

接軸托輥支承結(jié)構(gòu)避免了原設(shè)計中由于過約束造成的過度磨損導(dǎo)致的定位不準(zhǔn)確；雙輥輪和三輥輪布置巧妙地利用了接軸重量，避免了扁頭套的搭頭現(xiàn)象；而且，優(yōu)化后的接軸托輥支承可以充分利用工作輥扁頭和萬向接軸扁頭套連接時的自位性，換輥時，使工作輥扁頭順利插入接軸扁頭套。

4 結(jié)語

通過對接軸抱緊裝置的優(yōu)化設(shè)計，解決了原設(shè)計接軸抱緊裝置經(jīng)常發(fā)生換輥失敗的問題，在實際使用中沒有發(fā)生新問題。新結(jié)構(gòu)提高了換輥成功率，減少了用戶維護(hù)設(shè)備的頻率，提高了生產(chǎn)效率，在實際應(yīng)用中取得較好的效果。

河北某冷連軋車間應(yīng)用了此方案以后，換輥工序高效、順利，設(shè)備維護(hù)少。