懸掛式定尺結(jié)構(gòu)改進(jìn)與應(yīng)用

孫國(guó)棟

（凌源鋼鐵股份有限公司，遼寧朝陽 122500）

1 現(xiàn)有定尺機(jī)存在的不足

懸掛式定尺機(jī)原設(shè)計(jì)的行走滾輪有8 個(gè)，以梁的軌道為分界，滾輪分別分布在梁的軌道上、下各4 個(gè)（圖1）。由于懸掛式定尺機(jī)質(zhì)量大，在進(jìn)行齊頭時(shí)受沖擊力也大，容易造成定尺機(jī)的偏斜，因此在梁軌道上的4 個(gè)行走滾輪都是有定位的，然而懸掛式定尺機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它的受力情況，應(yīng)用擋板撞擊齊頭時(shí)受到一個(gè)很大的撞擊力，使在懸掛式定尺機(jī)的1 組有定位的2 個(gè)滾輪與軌道接觸點(diǎn)處產(chǎn)生很大的瞬時(shí)沖擊。

圖1 原設(shè)計(jì)懸掛式定尺機(jī)結(jié)構(gòu)

在頻繁使用的定尺長(zhǎng)度位置，軌道因?yàn)榉磸?fù)受沖擊力的作用，導(dǎo)致這段軌道變形下凹。變形超過滾輪直徑的1/4 后，滾輪就容易陷在其中，導(dǎo)致懸掛式定尺機(jī)出現(xiàn)無法行走的情況。

雖然梁上的軌道是焊接的，磨損后可以更換，但是受結(jié)構(gòu)和尺寸的限制，軌道的強(qiáng)度相對(duì)較弱。而梁上的軌道一旦變形就只能整體更換，梁段尺寸大、質(zhì)量大、維修過程危險(xiǎn)系數(shù)大，工程量也較大，增加了維修維護(hù)成本和備件成本。

2 缺陷分析

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的懸掛式定尺機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2 所示，懸掛式定尺機(jī)在梁上行走，可以靈活的改變定尺長(zhǎng)度，而懸掛式定尺機(jī)上的擋板可以進(jìn)行齊頭，擋板的升降是靠液壓缸，靠滾輪的支撐和內(nèi)部齒輪齒條副帶動(dòng)懸掛式定尺機(jī)的行走。確定定尺長(zhǎng)度后，為了避免在齊頭時(shí)懸臂式定尺機(jī)移動(dòng)，靠鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行鎖死。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的懸掛式定尺機(jī)結(jié)構(gòu)

機(jī)構(gòu)的受力分析如圖3 所示，應(yīng)用擋板撞擊齊頭時(shí)，撞擊力Fc在C 點(diǎn)處分解為瞬時(shí)力Fa和瞬時(shí)力Fb，F(xiàn)b1是Fb在B 點(diǎn)垂直方向的分力，F(xiàn)a1是Fa在A 點(diǎn)垂直方向的分力，F(xiàn)A是A 點(diǎn)的支撐反力，F(xiàn)B是B 點(diǎn)的支撐反力，由于鎖緊機(jī)構(gòu)受約束作用，所以O(shè)點(diǎn)可以視作是固定點(diǎn)，因此整個(gè)受力體系可以視作是簡(jiǎn)支梁的受力體系，已知：Fa、Fb、FA、FB、Fa1小于FA和Fb1，具體計(jì)算如下：

圖3 機(jī)構(gòu)受力分析

在A 點(diǎn)處的合力情況是FA-Fa1，相對(duì)于O 點(diǎn)在A 點(diǎn)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是（FA-Fa1）×L2。

在B 點(diǎn)處的合力情況是FB+Fb1，相對(duì)于O 點(diǎn)在B 點(diǎn)處產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是（FB-Fb1）×L1。

以向下為正方向，在A 點(diǎn)處的附加轉(zhuǎn)矩是（FB-Fb1）×L1-（FAFa1）×L2>0，所受的轉(zhuǎn)矩是向下的。

總結(jié)：雖然在A 點(diǎn)處受合力方向是垂直向上的，但是產(chǎn)生的附加轉(zhuǎn)矩是向下的，由于滾輪于軌道是線接觸，而每次撞擊產(chǎn)生的瞬時(shí)力在線接觸處反復(fù)作用，使A 點(diǎn)處反復(fù)受力，產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致軌道局部的疲勞變形，軌道變形下凹。變形量一旦超過滾輪直徑的1/4，滾輪就容易陷在其中，導(dǎo)致懸掛式定尺機(jī)無法行走的情況。

3 改進(jìn)措施

改進(jìn)后的受力分析及結(jié)構(gòu)如圖4 所示，增加1 組無定位的滾輪，與現(xiàn)有技術(shù)方案中有定位的滾輪保持足夠的距離，因?yàn)閮商帩L輪的距離足夠短，所以相較于現(xiàn)有技術(shù)方案中，瞬時(shí)力的作用點(diǎn)可以看作是兩條作用線間的區(qū)域（AD 間的距離），因此兩個(gè)滾輪共同作用，相當(dāng)于增加了受力面，避免應(yīng)力集中使一處反復(fù)受力的情況。已知：增加一組滾輪后的受力情況是，撞擊力Fc在C 點(diǎn)處分解為瞬時(shí)力Fa′、瞬時(shí)力Fb和Fd，F(xiàn)b1是Fb在B 點(diǎn)垂直方向的分力，F(xiàn)a2是Fa′在A 點(diǎn)垂直方向的分力，F(xiàn)A是A 點(diǎn)的支撐反力，F(xiàn)B是B 點(diǎn)的支撐反力，F(xiàn)D是D 點(diǎn)的支撐反力，由于鎖緊機(jī)構(gòu)受約束作用，因此O 點(diǎn)可以視作是固定點(diǎn)，那么整個(gè)受力體系可視作是簡(jiǎn)支梁的受力體系，F(xiàn)a′小于Fa、Fa2小于Fa1、Fd1大于Fa2，具體計(jì)算如下：

圖4 改進(jìn)后的受力分析及結(jié)構(gòu)

在A 點(diǎn)處的合力情況是FA-Fa2，相對(duì)于O 點(diǎn)所受轉(zhuǎn)矩是（FAFa2）×L2。

在D 點(diǎn)處的合力情況是FD-Fd，相對(duì)于O 點(diǎn)所受轉(zhuǎn)矩是（FDFd1）×L3。

在B 點(diǎn)處的合力情況是FB+Fb1，相對(duì)于O 點(diǎn)在B 點(diǎn)處產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是（FB-Fb1）×L1。

而（FD-Fd1）×L3>（FA-Fa2）×L2，且方向相同，均向上。

綜上可得，［（FA-Fa2）×L2+（FD-Fd1）×L3］-（FB-Fb1）×L1>0（向下為正方向），因此在A 點(diǎn)和D 點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩之和是向上的，所以原來只由A 點(diǎn)承擔(dān)的附加轉(zhuǎn)矩大部分被分配到了D 點(diǎn)，避免了A 點(diǎn)受載荷的反復(fù)作用而造成的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

又因?yàn)锳 點(diǎn)與D 點(diǎn)的距離足夠小，可以認(rèn)為所受的附加轉(zhuǎn)矩由A 點(diǎn)和D 點(diǎn)組成的區(qū)間共同承受，所以2 個(gè)滾輪共同作用產(chǎn)生的FA和FD抵消Fa1，并且能夠產(chǎn)生一個(gè)相反方向的力矩，抵消B 處產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。

通過上述受力分析，證明改造方案可以避免軌道的變形。改造實(shí)施后，生產(chǎn)實(shí)踐證明軌道長(zhǎng)時(shí)間工作后未發(fā)生變形，達(dá)到了預(yù)期的改造效果。

改進(jìn)后的定尺機(jī)結(jié)構(gòu)如圖5 所示，包括懸掛式定尺機(jī)、軌道、有定位的滾輪、無定位的滾輪、擋板和梁。改進(jìn)后的懸掛式定尺機(jī)增加了1 組無定位滾輪，并保持與有定位滾輪中心距足夠短。增加的無定位滾輪改變了現(xiàn)有技術(shù)方案的受力特點(diǎn)，在無定位滾輪與軌道接觸處增加了一個(gè)向上的轉(zhuǎn)矩，分散了原設(shè)計(jì)在有定位滾輪處產(chǎn)生的應(yīng)力集中。

圖5 改進(jìn)后的定尺機(jī)結(jié)構(gòu)

在擋板受撞擊力的瞬間，有定位滾與軌道接觸線處產(chǎn)生的瞬時(shí)力由無定位滾輪與軌道接觸處和有定位滾輪與軌道接觸線處構(gòu)成的區(qū)間共同承受，避免了反復(fù)操作擋板齊頭時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)力反復(fù)沖擊作用于此段軌道，而造成有定位滾輪與軌道接觸處軌道的局部疲勞變形，也避免了更換梁而造成的工程量和備件費(fèi)用。

4 總結(jié)

根據(jù)懸掛式定尺機(jī)的受力特點(diǎn)，增加1 組無定位滾輪，抵消擋板受撞擊時(shí)產(chǎn)生的瞬時(shí)力沖擊，防止軌道變形。通過技術(shù)改造，懸掛式定尺機(jī)的檢修維護(hù)工作量大幅降低，并節(jié)約了備件費(fèi)用。