提高輥道架使用壽命的研究

陸慶偉

(寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司 上海201900)

1 前言

輥道是軋鋼車間輸送鋼坯的主要設(shè)備，輥道設(shè)備重量占整個軋鋼車間設(shè)備總重量的40%左右，是軋鋼車間使用最多的設(shè)備。鋼坯進(jìn)出加熱爐、在軋機(jī)上往復(fù)軋制、將終軋后的帶鋼輸送到卷取機(jī)等工作均由輥道來完成[1]。

輥道設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，輥道通過軸承座固定在輥道架上，動力由電機(jī)提供，電機(jī)與輥道連接方式多為鼓形齒聯(lián)軸器。

圖1 輥道結(jié)構(gòu)示意圖

輥道輸送過程中，容易受到鋼坯的沖擊，尤其是R1軋機(jī)至R2軋機(jī)之間的輥道，鋼坯經(jīng)R1軋制后，多數(shù)出現(xiàn)叩頭現(xiàn)象，個別叩頭嚴(yán)重的板坯在輸送過程中對輥道架沖擊很大。在這種工況下，如果輥道架不具備足夠的穩(wěn)定性及強度，會直接影響輥道輸送的質(zhì)量，輥道基礎(chǔ)也容易碎裂、下沉，進(jìn)而會導(dǎo)致聯(lián)軸器、電機(jī)等備件消耗量的增加，更為嚴(yán)重的是，狀態(tài)惡化的輥道，會劃傷帶鋼下表面，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

輥道架的穩(wěn)定性是輥道輸送質(zhì)量的關(guān)鍵所在。

2 改造方案

2.1設(shè)計簡述

某熱軋廠輥道功能狀態(tài)不佳，具體表現(xiàn)為輥道基礎(chǔ)碎裂、下沉、輥道梁斷裂、聯(lián)軸器及輥道備件消耗量大等情況；究其原因，輥道架本身強度不足，且輥道架與基礎(chǔ)無防滑筋。根據(jù)現(xiàn)場實際情況對輥道架進(jìn)行改造，設(shè)計優(yōu)化前后輥道架截面如圖2所示。

a)原設(shè)計 b)優(yōu)化設(shè)計圖2 輥道結(jié)構(gòu)示意圖

2.2設(shè)計計算

根據(jù)該廠相關(guān)數(shù)據(jù)，對相關(guān)區(qū)域的輥道底梁進(jìn)行原設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計前后的受力分析，原始參數(shù)如下：

(1)板坯最大重量43t，寬度1.9m，長度12m，厚度240mm；

(2)板坯運行速度5m/s；

(3)底梁材質(zhì)：ZG20SiMn，屈服強度295MPa；

(4)板坯最大叩頭量：40mm；

(5)安全系數(shù)：δ=1.5～2(參照機(jī)械設(shè)計手冊第一卷-許用應(yīng)力與安全系數(shù))。

使用以上參數(shù)經(jīng)ANSYS模擬碰撞分析(如圖3)，板坯碰撞輥子會產(chǎn)生2598225N的豎向力(如圖4)和1656778N的橫向力(如圖5)，這兩個方向的撞擊力將全部作用于兩側(cè)的底梁(如圖6)，經(jīng)過應(yīng)力分析，原底梁產(chǎn)生的最大應(yīng)力為202.82MPa，且最大應(yīng)力在扳手孔位置(如圖7)，以上計算均取板坯碰撞的極端值，實際使用中的應(yīng)力比極端值偏小，故該處根據(jù)經(jīng)驗取值安全系數(shù)為1.8，與最大應(yīng)力相乘后達(dá)到360MPa，而底梁材料ZG20SiMn的最大屈服應(yīng)力為295MPa，在長期使用中容易發(fā)生斷裂。

圖3 使用ANSYS模擬碰撞

圖4 板坯碰撞產(chǎn)生的豎向力

圖5板坯碰撞產(chǎn)生的橫向力

圖6 底梁受力分析

圖7 原底梁應(yīng)力分析

加厚腹板后的底梁經(jīng)過應(yīng)力分析，產(chǎn)生的最大應(yīng)力為156.16MPa(如圖8)，乘以安全系數(shù)后為280MPa，低于ZG20SiMn的屈服應(yīng)力，新底梁的強度增加了1.3倍，更符合現(xiàn)場的實際情況，不會產(chǎn)生底梁斷裂現(xiàn)象。

圖8 新底梁應(yīng)力分析

2.3其它

另外，原輥道架與輥道基礎(chǔ)僅通過地腳螺栓連接，設(shè)計優(yōu)化后新增圖9所示的防滑筋，加大了輥道架與輥道基礎(chǔ)的粘合力，可以進(jìn)一步提高設(shè)備的穩(wěn)定性，增加設(shè)備使用壽命。

圖9 增加防滑筋的新底梁

3 結(jié)論

提出了增加輥道架腹板厚度、增加輥道架底板寬度、增設(shè)防滑筋等設(shè)計優(yōu)化措施，來提高輥道架的穩(wěn)定性及強度，從而提高使用壽命的設(shè)計方法；根據(jù)計算結(jié)果和實際使用效果檢驗，證明了該思路的正確性和有效性，達(dá)到了優(yōu)化輥道設(shè)備狀態(tài)的目的，具有一定的推廣價值。