寬厚板軋機壓下裝置故障分析

盧永

（興澄特鋼 江蘇 江陰 214400）

1 前言

興澄4300寬厚板生產(chǎn)線由DANIELI設(shè)計制造，采用雙機架布置，生產(chǎn)轉(zhuǎn)換靈活。其中：四輥粗軋機開口度達到1200mm，配備2臺7000kW 主電機，額定轉(zhuǎn)矩達到2196485N·m，充分滿足了鋼錠、復合坯、大圓坯等特厚坯料的大壓下量生產(chǎn)工藝要求；四輥精軋機配備2臺9000kW 主電機，最大軋制力可達90000kN，充分滿足特種鋼板控溫控軋的大軋制力生產(chǎn)工藝要求。在正常生產(chǎn)軋制過程中，壓下裝置作為寬厚板軋機的核心部件，主要為了配合上輥系升降，控制輥縫大小，運行穩(wěn)定直接關(guān)系到鋼板精度控制和產(chǎn)線效率提升。

2 設(shè)計原理簡介

2.1 組成

寬厚板軋機壓下裝置主要由壓下絲杠裝配和壓下驅(qū)動兩部分組成，具體如下：

（1）壓下絲杠裝配：壓下絲杠裝配由螺旋絲杠、銅螺母、壓頭裝配三部分組成，其中壓頭裝配由滑動軸承、球面墊、軋制力傳感器及相關(guān)連接件組成（見圖1）。壓頭裝配安裝在螺旋絲杠底端，其底部與上支承輥軸承座相接觸。螺旋絲杠安裝在銅螺母上，銅螺母通過定位鍵、法蘭環(huán)等部件安裝在軋機牌坊頂部。每臺軋機由2套壓下絲杠裝配組成，分別安裝兩側(cè)軋機牌坊上，兩側(cè)壓下絲杠裝配分別通過壓頭裝配與支承輥兩側(cè)軸承座頂部相接觸。

圖1 壓下絲杠裝配示意圖

（2）壓下驅(qū)動：壓下驅(qū)動由渦輪蝸桿箱、壓下電機、同步軸、電磁離合器和制動器組成（見圖2）。兩側(cè)渦輪蝸桿箱和驅(qū)動電機呈對稱布置，電機與渦輪蝸桿箱通過帶制動盤聯(lián)軸器相連接，渦輪蝸桿箱與螺旋絲杠通過花鍵副傳動，控制絲杠上升與下降。為保證兩側(cè)壓下絲杠同步，兩臺壓下電機通過同步軸相連，實現(xiàn)機械同步［1］。另外同步軸上還布置有電磁離合器，便于對兩側(cè)壓下絲杠的位置微調(diào)。為有效保證鋼板軋制厚度控制尺寸，減少軋制時壓下裝置受力反轉(zhuǎn)回抬，在兩側(cè)對稱布置液壓制動器。為解決壓下裝置卡死問題，兩側(cè)渦輪蝸桿箱輸入軸上還安裝有回松裝置。

圖2 壓下驅(qū)動布置圖

2.2 結(jié)構(gòu)原理

寬厚板軋機壓下裝置主要作用是與上支承輥平衡裝置相互作用，控制上輥系上升與下降，達到調(diào)整輥縫目的（見圖3）。上支承輥平衡裝置主要由平衡缸、平衡梁、上端梁及拉桿組成。平衡缸安裝在軋機上橫梁位置并通過上端梁及拉桿與平衡梁連接，上支承輥通過軸承座懸掛在平衡梁下方。平衡缸工作壓力分為低壓和高壓兩種（低壓110bar、高壓170bar）。其中：低壓是平衡上支承輥重量的工作壓力，高壓是在平衡上支承輥重量的基礎(chǔ)上并且消除壓下裝置配合間隙的工作壓力，形成過平衡狀態(tài)，減小軋制彈跳。壓下裝置兩側(cè)安裝有位移傳感器，用于壓下位置的精準控制。當輥縫需要減小時，壓下驅(qū)動制動器打開，上支承輥平衡缸切換至低壓，壓下電機驅(qū)動壓下絲杠下降，上支承輥在平衡缸的作用下與壓下裝置同步運動至輥縫設(shè)定位。反之當輥縫需要變大時，壓下驅(qū)動制動器打開，上支承輥平衡缸切換至低壓，壓下電機驅(qū)動壓下絲杠上升，上支承輥在平衡缸的作用下與壓下裝置同步運動至輥縫設(shè)定位［2］。當輥縫上升或下降達到輥縫設(shè)定值后，壓下電機停轉(zhuǎn)，制動器關(guān)閉，上支承輥平衡缸壓力切換至高壓。

圖3 壓下裝置結(jié)構(gòu)簡圖

3 問題分析

寬厚板軋機投產(chǎn)后設(shè)計缺陷逐步開始暴露，對生產(chǎn)的穩(wěn)定性帶來影響。壓下裝置也發(fā)生過多次故障，經(jīng)統(tǒng)計主要分為滑動軸承異常磨損和軋鋼咬鋼瞬間壓下裝置異常反轉(zhuǎn)回抬兩種故障形式。每次故障發(fā)生時都對生產(chǎn)順行或產(chǎn)品質(zhì)量控制產(chǎn)生影響，成為困擾分廠亟待解決的難題。經(jīng)過設(shè)計圖紙重新審查、長時間跟蹤分析等，針對兩種故障形式具體分析如下。

3.1 滑動軸承異常磨損分析

滑動軸承潤滑原理是通過絲杠上保護罩頂部的噴嘴下噴潤滑油，潤滑油經(jīng)過壓下絲杠中心通孔流到底部滑動軸承處實現(xiàn)潤滑（見圖4）。通過檢查及測試發(fā)現(xiàn)造成滑動軸承異常磨損的主要原因有兩種。

圖4 滑動軸承潤滑原理簡圖

（1）頂部潤滑管路噴嘴設(shè)計制作不合理，潤滑油噴嘴采用在管路末端盲板上鉆取Φ3mm通孔進行噴油（見圖5），油口偏小，受壓力的影響，每次停機開啟時噴油路線發(fā)生不同位置的偏移，未垂直噴到絲杠上端潤滑油口區(qū)域，造成沿絲杠通孔下流的潤滑油量較小，引起滑動軸承潤滑不良。

圖5 滑動軸承潤滑噴嘴示意圖（改進前）

（2）滑動軸承油槽設(shè)計不合理，油槽設(shè)計采用在滑動軸承旋轉(zhuǎn)側(cè)沿直徑方向均布4條貫通式油槽（見圖6），潤滑油沿著油槽隨著滑動軸承旋轉(zhuǎn)甩向四周流出滑動面，造成滑動軸承油膜形成不充分，影響潤滑效果。

圖6 滑動軸承油槽布置圖（改進前）

3.2 軋鋼時壓下裝置異常反轉(zhuǎn)回抬分析

正常生產(chǎn)過程中，軋機咬鋼瞬間，受沖擊及軋制反作用力影響，壓下裝置會產(chǎn)生一定反轉(zhuǎn)回抬趨勢。為杜絕異常反轉(zhuǎn)，設(shè)計時在兩側(cè)壓下電機輸出端各布置1個液壓制動器，用于消除軋制反作用力，確保鋼板厚度控制精度。但在實際運行過程中效果不理想，在軋機咬鋼瞬間，壓下裝置仍會產(chǎn)生反轉(zhuǎn)和回抬，同時制動器故障率非常高，經(jīng)常發(fā)生抱閘片碎裂，缸體漏油等問題，影響生產(chǎn)順行［3］。跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，軋制普鋼時壓下反轉(zhuǎn)回抬問題不太明顯，但軋制特種鋼需要大壓下或低溫軋制時，壓下裝置反轉(zhuǎn)回抬問題明顯增加，特別是隨著產(chǎn)線品種結(jié)構(gòu)的調(diào)整，使用大壓下及低溫軋制工藝的鋼板大量增加，發(fā)生壓下裝置異常反轉(zhuǎn)回抬的問題更加頻繁。通過研究及對比分析，導致壓下裝置異常反轉(zhuǎn)回抬的原因主要有兩方面。

（1）在兩側(cè)壓下電機輸出端各布置1個液壓制動器（見圖7），雖能滿足普鋼軋制功能需求，但當軋制特種鋼板時，隨著沖擊及軋制力增加，制動器制動力不足以消除軋制反向作用力的影響，造成反轉(zhuǎn)。

圖7 壓下驅(qū)動制動器布置圖（改進前）

（2）制動器選用液壓制動彈簧打開方式的制動器，在使用過程中，咬鋼瞬間對制動器油缸沖擊較大，易造成制動器缸體滲漏等故障，隨著缸體滲漏，引起制動盤和抱閘片被液壓油污染，進一步影響制動效果及抱閘片壽命。

4 改進措施

4.1 滑動軸承異常磨損改進措施

（1）針對潤滑油噴油口問題，采用把原Φ3mm通孔擴大到Φ5mm，同時在噴口下端安裝通徑為Φ5mm的導向穩(wěn)流管（見圖8）。改進后增大潤滑油流量的同時，通過導向穩(wěn)流管固定噴油路線，確保潤滑油垂直噴到絲杠上端潤滑油口區(qū)域，實現(xiàn)有足夠的潤滑油通過絲杠通孔下流到滑動軸承部位。

圖8 滑動軸承潤滑噴嘴示意圖（改進后）

（2）針對滑動軸承油槽設(shè)計不合理問題，對滑動軸承油槽進行重新設(shè)計，由原4條貫通式油槽改成2條貫通式油槽和2條非貫通式油槽，并相互間隔布置（見圖9）。改進后，當滑動軸承旋轉(zhuǎn)時，部分潤滑油被鎖在滑動軸承內(nèi)部，確?；瑒用鏉櫥统渥?，促使滑動面油膜充分形成，實現(xiàn)良好潤滑。

圖9 滑動軸承油槽布置圖（改進后）

4.2 軋鋼時壓下裝置異常反轉(zhuǎn)回抬改進措施

（1）在兩側(cè)壓下電機輸出端各新增一個制動器，布置在原制動器對面（見圖10），沿著制動盤對稱布置，增大制動力，提升制動效果。正常狀態(tài)時，四個制動器參加制動，有效解決軋鋼咬鋼瞬間壓下裝置異常反轉(zhuǎn)回抬問題，為產(chǎn)線品種結(jié)構(gòu)的調(diào)整及尺寸精度的控制提供設(shè)備保障。

圖10 壓下驅(qū)動制動器布置圖（改進后）

（2）對制動器進行改型，選用碟簧制動液壓打開方式的制動器，同時制動器帶有行程調(diào)節(jié)功能，可使用行程調(diào)節(jié)功能來調(diào)整制動力，延長碟簧制動時效，達到進一步延長制動器使用壽命要求。另外每個制動器支管均安裝高壓球閥，若某個制動器出現(xiàn)故障，可應急采取關(guān)閉支管高壓球閥并調(diào)節(jié)制動行程，使該制動器處于常開狀態(tài)，不參與軋機運行，待檢修時進行恢復，能有效減少軋機異常停機，保障生產(chǎn)順行。

5 結(jié)語

壓下裝置是寬厚板軋機的核心部件，是影響生產(chǎn)順行與鋼板精度控制的關(guān)鍵點。經(jīng)過對結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)化改進，壓下裝置出現(xiàn)的運行故障和設(shè)計缺陷得到徹底解決，有效保證了鋼板尺寸精度控制，提升了設(shè)備穩(wěn)定性，為產(chǎn)線品種結(jié)構(gòu)調(diào)整提供設(shè)備保障。