酸洗軋制機(jī)組張力計(jì)輥故障分析及改進(jìn)

董 智，秦 疆，石 凱

（河鋼邯鋼集團(tuán)邯寶冷軋廠，河北 邯鄲056003）

河鋼邯鋼集團(tuán)邯寶冷軋廠（以下簡(jiǎn)稱(chēng)邯寶冷軋廠）2180酸軋線引進(jìn)SMS技術(shù)，代表國(guó)際最先進(jìn)的冷軋生產(chǎn)水平，肩負(fù)著邯鋼轉(zhuǎn)型升級(jí)，出精品，創(chuàng)品牌的重任。五機(jī)架六輥軋機(jī)作為酸軋線核心設(shè)備，設(shè)計(jì)最高軋制速度1 400 m/min，軋機(jī)入口及機(jī)架間配置有張力計(jì)輥及壓輥，用于測(cè)量板帶在軋機(jī)運(yùn)行中張力情況。所謂的張力計(jì)輥是由板帶張力轉(zhuǎn)化為對(duì)張力計(jì)輥的壓力。該壓力與張力的大小，以及板帶與張力計(jì)輥的包角等幾何位置關(guān)系有關(guān)。壓輥的作用是當(dāng)壓輥壓下后，形成帶鋼與張力計(jì)輥?zhàn)銐虬?。?dāng)包角確定后，張力與壓力之間便形成固定的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)測(cè)定壓力的大小，即刻測(cè)出板帶張力的大小。由于板帶張力而產(chǎn)生的對(duì)該輥?zhàn)拥膲毫νㄟ^(guò)位于傳感器上的支撐塊傳給兩個(gè)“枕塊”傳感器，在生產(chǎn)過(guò)程中測(cè)得的該值用于對(duì)張力的控制。張力控制是軋機(jī)機(jī)組控制的重要的組成部分；另外，位于軋機(jī)入口的張力計(jì)輥還作為一轉(zhuǎn)向輥，將板帶導(dǎo)入軋機(jī)。

1 張力計(jì)輥故障分析

軋機(jī)內(nèi)張力計(jì)輥運(yùn)行不穩(wěn)定，經(jīng)常抱死，造成大量帶鋼表面劃傷。經(jīng)分析研究，張力計(jì)輥和壓輥周?chē)际侨榛海ぷ髟诔睗竦膼毫迎h(huán)境里，張力計(jì)輥在高速旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，軸承腔內(nèi)會(huì)形成一定的負(fù)壓，將乳化液吸入軸承內(nèi)腔，稀釋潤(rùn)滑油脂，使軸承潤(rùn)滑條件變差，且原設(shè)計(jì)張力計(jì)輥壓輥潤(rùn)滑油道設(shè)計(jì)不合理（見(jiàn)圖1），一旦上機(jī)就無(wú)法進(jìn)行補(bǔ)油，造成軸承損壞抱死。另一方面，張力計(jì)輥采用的是將軸承嵌入端蓋內(nèi)，再將端蓋插入輥身，這種設(shè)計(jì)方式不僅要保證軸承內(nèi)圈與軸的配合尺寸，還要保證端蓋與軸承外圈的配合尺寸，同時(shí)端蓋外圈與輥身內(nèi)圈的配合尺寸也要保證，對(duì)裝配要求較高。

圖1 張力計(jì)輥原設(shè)計(jì)視圖（mm）

2 原因分析

酸洗軋制機(jī)組2019前半年共更換張力計(jì)輥和壓輥39根，其中張力計(jì)輥21根，壓輥18根。

2018年全年共更換張力計(jì)輥和壓輥62根，其中張力計(jì)輥31根，壓輥31根（見(jiàn)表2）。

表1 2019前半年共更換的張力計(jì)輥和壓輥 根數(shù)

表2 2018年全年共更換的張力計(jì)輥和壓輥 根數(shù)

2017年全年共更換張力計(jì)輥和壓輥72根，其中張力計(jì)輥43根，壓輥29根（見(jiàn)表3）。

表3 2017年全年共更換張力計(jì)輥和壓輥 根數(shù)

從表中可以了解到，F(xiàn)1前張力計(jì)輥每年更換1根，其他機(jī)架的張力計(jì)輥壓輥更換次數(shù)較頻繁，主要原因是工況環(huán)境不一樣，F(xiàn)1前張力計(jì)輥沒(méi)有安裝在機(jī)架內(nèi)，不受乳化液的侵蝕。另外帶鋼被軋制的過(guò)程，就是塑性拉長(zhǎng)的過(guò)程，所以F1前張力計(jì)輥的轉(zhuǎn)速比其他輥轉(zhuǎn)速要慢。對(duì)總數(shù)176根張力計(jì)輥和壓輥（壓輥與張力計(jì)輥結(jié)構(gòu)形式完全相同，只是輥身長(zhǎng)度不一樣）進(jìn)行使用壽命小于3個(gè)月原因進(jìn)行分析（見(jiàn)表4）。

表4 張力計(jì)輥使用壽命影響因素分析表

通過(guò)帕累托分析方法，運(yùn)用二八原理分析?？梢郧宄目闯觯绊憦埩τ?jì)輥使用壽命的最主要因素：端蓋螺栓斷裂，端蓋竄出；軸承進(jìn)入乳化液，密封效果差；裝配不到位。這三個(gè)關(guān)鍵因素占了84.66%，因此我們從這三個(gè)方面進(jìn)行分析并改進(jìn)。

圖2 張力計(jì)輥局部結(jié)構(gòu)圖

1）端蓋螺栓斷裂竄出。從圖2可以看出端蓋與輥身使用螺栓連接。端蓋內(nèi)側(cè)與輥身內(nèi)圈配合235H7/k6。端蓋螺栓斷裂竄出主要原因是與輥身配合尺寸過(guò)松，導(dǎo)致輥?zhàn)釉诟咚傩D(zhuǎn)過(guò)程中，端蓋晃動(dòng)，切斷螺栓，隨之竄出輥身。軸承跟著軸向竄動(dòng)，損壞抱死。一般這種情況發(fā)生在張力計(jì)輥上機(jī)1個(gè)月內(nèi)。輥身上斷裂的螺栓采用尺寸小M8 mm×25 mm，直徑小。斷絲很難取出，一般是出廠修復(fù)，增加了維修成本。

2）軸承進(jìn)入乳化液，密封效果差。首先輥?zhàn)釉诟咚俎D(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，空腔會(huì)形成負(fù)壓，乳化液會(huì)被吸入空腔，稀釋潤(rùn)滑油脂。逐步造成軸承抱死。另一方面，端蓋與輥身配合面處，也容易進(jìn)乳化液。這種情況一般發(fā)生在張力計(jì)輥上機(jī)使用一個(gè)半月至兩個(gè)月內(nèi)。為了保證生產(chǎn)，一般張力輥的更換周期定為1個(gè)半月左右。

3）裝配不到位，拆卸困難。這種內(nèi)嵌軸承的設(shè)計(jì)，在組裝過(guò)中，應(yīng)該采用豎向安裝的方法依次進(jìn)行。但現(xiàn)場(chǎng)的工況條件以及裝備都無(wú)法實(shí)現(xiàn)。都是采用橫向安裝，這樣安裝對(duì)人員素質(zhì)有較高的要求，稍有不注意就會(huì)造成軸承的損傷。從圖2看出端蓋外圈要保證與輥身的配合，端蓋內(nèi)圈又要保證與軸承外圈的配合關(guān)系。但在現(xiàn)有的工具和方法以及人員素質(zhì)下，很難做到精準(zhǔn)。如果降低配合要求，端蓋極易竄出。但按照原配合尺寸，安裝困難，耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)。即便安裝到位。在拆卸更換零部件過(guò)程中更加困難。常常由于端蓋拆不下來(lái)，整個(gè)輥?zhàn)訜o(wú)法使用，造成極大的浪費(fèi)。

3 改進(jìn)措施

針對(duì)以上影響張力計(jì)輥使用壽命的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析探討。對(duì)原來(lái)的張力計(jì)輥進(jìn)行大膽的改造，改變其結(jié)構(gòu)形式。主要改動(dòng)有以下幾個(gè)方面：

圖3 改造的張力計(jì)輥

1）將軸承內(nèi)嵌輥身的設(shè)計(jì)構(gòu)造，改成外置軸承座形式如圖3所示，同時(shí)軸承座采用的是剖分式軸承座。這樣就不需要端蓋定位軸承的形式了，避免端蓋竄出的問(wèn)題。在拆卸安裝過(guò)程中，只要拆卸緊固螺栓，軸承座一分為二，就可以快速將軸承座從輥?zhàn)由喜鹦断聛?lái)。不需要將軸承座從軸承上拔出。避免了軸承的損傷。安裝的時(shí)候同樣快捷方便。

2）原來(lái)深溝球軸承軸承改成調(diào)心輥?zhàn)虞S承。調(diào)心輥?zhàn)虞S承可以承受軋制過(guò)程中，輥?zhàn)釉谑艿綆т摻o輥?zhàn)訌?qiáng)大壓力下的輕微變形所產(chǎn)生的軸向位移。同時(shí)，承載力也比深溝球軸承要大，同等工況條件下，使用壽命更長(zhǎng)。

3）對(duì)外置軸承座腔內(nèi)進(jìn)行沖壓，解決輥?zhàn)有D(zhuǎn)過(guò)程中軸承內(nèi)腔產(chǎn)生的負(fù)壓，將乳化液吸入，稀釋潤(rùn)滑油脂。并設(shè)可調(diào)式減壓裝置。避免內(nèi)腔壓力過(guò)大，將密封沖壞。

4）對(duì)輥身進(jìn)行改造。主要將輥身厚度增加，原厚度35 mm改為40 mm增強(qiáng)其承載能力，避免輥身微小變形，對(duì)軸承產(chǎn)生的不均衡負(fù)荷。

5）制定標(biāo)準(zhǔn)化裝配措施。編制標(biāo)準(zhǔn)化裝配步驟，定專(zhuān)職人進(jìn)行安裝，確保安裝質(zhì)量。

圖4 和圖5分別為原設(shè)計(jì)張力計(jì)輥和改造后的新型的結(jié)構(gòu)張力計(jì)輥的應(yīng)用圖片。

圖4 原設(shè)計(jì)的內(nèi)嵌軸承張力計(jì)輥

圖5 設(shè)計(jì)更改后的外置張力計(jì)輥

此外，張力計(jì)輥出現(xiàn)抱死問(wèn)題后無(wú)法第一時(shí)間察覺(jué)，輥?zhàn)油＾D(zhuǎn)，會(huì)造成板帶劃傷，產(chǎn)生大量廢品。針對(duì)該問(wèn)題，增加轉(zhuǎn)速在線監(jiān)測(cè)裝置，如圖6和圖7所示，通過(guò)轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦報(bào)警后，操作人員及點(diǎn)檢人員可及時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)情況，從而避免超過(guò)3卷以上廢品的發(fā)生。

4 效果和效益

4.1 效果

1）減少了影響生產(chǎn)的時(shí)間。改進(jìn)后，張力輥使用壽命至少達(dá)到3個(gè)月。比以往張力計(jì)輥使用壽命提高了一倍。估算每年更換張力計(jì)輥和壓輥的數(shù)量可減少40根。一共節(jié)省檢修時(shí)間1.5根×40 h/根=60 h，保證了產(chǎn)線運(yùn)行穩(wěn)定。

圖6 張力計(jì)輥轉(zhuǎn)速檢測(cè)

圖7 在操作界面上增加轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)檢測(cè)

2）降低了備件消耗。經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，張力計(jì)輥輥筒、軸承等消耗量大為降低，節(jié)省備件費(fèi)用20萬(wàn)元，備件修復(fù)費(fèi)用10萬(wàn)元，拆裝所需的人工費(fèi)5萬(wàn)元，節(jié)約了備件成本。

4.2 效益

改造后，全年節(jié)約檢修工時(shí)約60 h，全線年生產(chǎn)帶鋼215萬(wàn)t，則平均每小時(shí)生產(chǎn)帶鋼2 150 000/（365×24）=245.5 t，噸鋼效益為300元/t，則全年的經(jīng)濟(jì)效益為60×245.5×300=441.9萬(wàn)元，加上備件節(jié)約成本，共計(jì)441.9+20+10+5=476.9萬(wàn)元。