擺動(dòng)門式活套彈簧掛鉤斷裂分析及改進(jìn)

馬麗軍

(廣西柳鋼中金不銹鋼有限公司冷軋廠，廣西537624)

活套設(shè)備被廣泛運(yùn)用在不銹鋼冷、熱軋連續(xù)退火機(jī)組中，是其不可缺少的重要組成設(shè)備。活套設(shè)備通常布置在相應(yīng)機(jī)組的入口段及出口段，主要用于在上卷、卸卷、焊接或剪切等輔助處理的時(shí)間情況下，滿足連續(xù)退火酸洗工藝段正常工藝速度的需要。由于活套設(shè)備的出現(xiàn)，才實(shí)現(xiàn)高效率低成本的連續(xù)作業(yè)。

1 活套結(jié)構(gòu)

活套設(shè)備按布置型式可分為臥式活套與立式活套；按結(jié)構(gòu)可分為擺動(dòng)門式與移動(dòng)小車式。此次研究的不銹鋼冷軋退火酸洗機(jī)組采用臥式擺動(dòng)門活套，整條產(chǎn)線布置了入口及出口兩個(gè)活套，主體設(shè)備主要有擺動(dòng)門、糾偏輥組、卷揚(yáng)機(jī)、行走大車等。見圖1。

1—卷揚(yáng)機(jī) 2—鋼絲繩 3—行走大車 4—帶鋼 5—擺動(dòng)門 6—彈簧

根據(jù)機(jī)組工藝需要，在入口活套布置了7套擺動(dòng)門、出口活套布置了6套擺動(dòng)門，合計(jì)13套擺動(dòng)門。活套擺動(dòng)門主要用于支撐活套儲(chǔ)存的帶鋼，擺動(dòng)門的工作狀態(tài)有開和關(guān)兩個(gè)位置，關(guān)閉狀態(tài)用來支撐帶鋼，打開狀態(tài)用于活套大車順利通過。即在活套充、放套過程中，擺動(dòng)門跟隨活套大車的前進(jìn)后退而打開和關(guān)閉。本機(jī)組活套采用的是機(jī)械式擺動(dòng)門，擺動(dòng)門的關(guān)閉和打開兩個(gè)狀態(tài)是靠活套大車的前進(jìn)后退來實(shí)現(xiàn)的。就是活套大車兩側(cè)均有弧形導(dǎo)軌，而擺動(dòng)門上有對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向輪，導(dǎo)軌一端高，一端低。生產(chǎn)過程中，入口活套為滿套狀態(tài)，所有擺動(dòng)門均為關(guān)閉狀態(tài)，以托住活套所儲(chǔ)存的帶鋼，當(dāng)入口焊接時(shí)，活套開始放套，卷揚(yáng)機(jī)松鋼絲繩，活套大車在帶鋼張力的作用下，向機(jī)組入口方向行走，活套大車上的導(dǎo)軌前低后高，而擺動(dòng)門的導(dǎo)輪在較低位置，導(dǎo)軌進(jìn)入導(dǎo)輪，導(dǎo)輪隨著導(dǎo)軌位置變化產(chǎn)生的作用力將活套門打開。機(jī)組活套擺動(dòng)門作為連續(xù)酸洗線的重要設(shè)備，其性能好壞直接影響整個(gè)機(jī)組的生產(chǎn)順行。就要求在正常生產(chǎn)過程中，需要擺動(dòng)門在開和關(guān)兩個(gè)位置的可靠定位。

2 存在問題

由于擺動(dòng)門與活套大車高頻運(yùn)動(dòng)的苛刻要求，對(duì)擺動(dòng)門的運(yùn)動(dòng)可靠性和精確性要求高。掛鉤彈簧是保證擺動(dòng)門在打開和關(guān)閉兩個(gè)位置可靠定位的關(guān)鍵設(shè)備，見圖2。前期生產(chǎn)過程中擺動(dòng)門兩側(cè)彈簧的掛鉤會(huì)經(jīng)常斷裂，見圖3和圖4，活套大車容易與擺動(dòng)門碰撞，導(dǎo)致設(shè)備損壞，使活套功能無法實(shí)現(xiàn)，被迫停機(jī)，造成生產(chǎn)事故。由于連續(xù)退火酸洗機(jī)組的特殊性，一旦機(jī)組停機(jī)，退火爐里面的帶鋼容易斷帶；同時(shí)停在酸槽中的帶鋼會(huì)發(fā)生過酸洗，產(chǎn)生質(zhì)量缺陷，使帶鋼表面質(zhì)量降級(jí)，整個(gè)機(jī)組共26個(gè)彈簧，52個(gè)掛鉤，任何一個(gè)掛鉤出現(xiàn)問題都會(huì)導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)，彈簧掛鉤斷裂的情況出現(xiàn)頻繁，嚴(yán)重影響機(jī)組的順利運(yùn)行。同時(shí)掛鉤斷裂導(dǎo)致彈簧崩飛，對(duì)巡檢人員有極大的安全隱患。因此對(duì)彈簧掛鉤斷裂原因進(jìn)行分析，制定改造方案，降低機(jī)組故障率，減少帶鋼質(zhì)量降級(jí)率，減少安全隱患。

圖2 擺動(dòng)門裝配圖

1—翻邊軸承 2—軸承座 3—軸 4—彈簧

圖4 斷裂的掛鉤

3 斷裂原因分析

通過反復(fù)觀察生產(chǎn)過程中活套沖套、放套時(shí)擺動(dòng)門及掛鉤的整個(gè)運(yùn)行過程，所有掛鉤斷裂位置均相同，推斷掛鉤發(fā)生斷裂的可能原因如下：

(1)彈簧預(yù)緊力過大。設(shè)備安裝階段調(diào)整彈簧預(yù)緊力過大，導(dǎo)致彈簧在自由狀態(tài)和拉伸狀態(tài)反復(fù)轉(zhuǎn)換的過程中受力過大，特別是兩端鉤頭位置。

(2)掛鉤與軸之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生應(yīng)力集中，疲勞斷裂。在擺動(dòng)門打開和關(guān)閉過程中，彈簧在自由和拉伸狀態(tài)反復(fù)轉(zhuǎn)變，整個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)致彈簧在原始和拉伸兩個(gè)狀態(tài)會(huì)有旋轉(zhuǎn)。原本設(shè)計(jì)意圖是掛鉤和軸之間靠靜摩擦力一起運(yùn)動(dòng)，沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。由于軸兩端為自潤滑翻邊軸承，其自潤滑效果不良，導(dǎo)致軸旋轉(zhuǎn)不良，使鉤頭與軸之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，長時(shí)間的滑動(dòng)摩擦導(dǎo)致疲勞破壞，造成鉤頭斷裂。

由此可知，由于安裝問題以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的缺陷，可能是造成彈簧掛鉤斷裂事故多次發(fā)生的原因。

4 改進(jìn)措施

根據(jù)以上推斷掛鉤斷裂的可能因素，做了如下改進(jìn)：

減小彈簧力。由胡克定律F=kx可知，其中k為勁度系數(shù)，同一彈簧其值不變，假設(shè)彈簧的預(yù)拉伸量為x1，最大拉伸量為x2，即最大彈簧力F2=kx2，在擺動(dòng)門打開和關(guān)閉過程中，彈簧的整個(gè)變形量是一定的，即x2-x1為固定值，所以最大彈簧力是隨著初始彈簧力變化的，所以調(diào)整初始彈簧力即可。但是減小初始彈簧力的同時(shí)又要確保擺動(dòng)門的可靠定位。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，最終確定將彈簧初始拉伸量減小100 mm。由于原設(shè)計(jì)調(diào)整量有限，只能在掛鉤另一端增加吊環(huán)螺釘，將原來掛鉤直接掛在軸上改為掛在新增加的吊環(huán)螺釘上。在掛鉤經(jīng)常斷裂一端的軸中間加工通孔，穿M30吊環(huán)螺釘，彈簧掛鉤直接掛在吊環(huán)螺釘上。如圖5。

圖5 掛鉤位置的改造

改變彈簧掛鉤與吊環(huán)螺釘之間存在滑動(dòng)摩擦的現(xiàn)狀，讓接觸部位保持靜摩擦狀態(tài)，需要增加翻邊軸承的潤滑性能，減少軸轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的阻力。在翻邊軸承的軸承座上各加工一個(gè)?8油孔，每周由巡檢人員往油孔里面加注一次干油，提高翻邊軸承的潤滑性，減少掛鉤與軸之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使軸、吊環(huán)螺釘與掛鉤一起轉(zhuǎn)動(dòng)，減少甚至杜絕掛鉤與吊環(huán)螺釘之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即杜絕滑動(dòng)摩擦。從而減少掛鉤的疲勞磨損，提高掛鉤壽命。如圖6和圖7。

圖6 增加翻邊軸承加油孔

圖7 改造完成之后的使用情況

5 結(jié)語

在改造完成后，活套區(qū)域因彈簧斷裂引起的機(jī)組停機(jī)時(shí)間降為零，降低了維修人員的工作強(qiáng)度，提高了機(jī)組的生產(chǎn)效率，因彈簧掛鉤斷裂停機(jī)造成的帶鋼降級(jí)事故為零，降低了設(shè)備原因引起的質(zhì)量降級(jí)率。

通過改造，后續(xù)生產(chǎn)過程中未發(fā)生過掛鉤斷裂現(xiàn)象，減少了設(shè)備安全隱患，降低了巡檢人員在巡檢過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)。