四輥粗軋機(jī)主平衡裝置技術(shù)優(yōu)化

蔡洪勝 秦曉鵬

(1.二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618000；2.唐山燕山鋼鐵有限公司，河北064400)

四輥粗軋機(jī)是熱連軋生產(chǎn)線的核心設(shè)備之一，其作用是將連鑄坯軋制到生產(chǎn)要求的中間坯厚度，為精軋機(jī)提供合格的生產(chǎn)原料。主平衡裝置位于軋機(jī)的頂部，是四輥粗軋機(jī)中的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)之一，其主要有兩方面功能：一是用來提升上支承輥裝置、上導(dǎo)衛(wèi)裝置，在調(diào)整軋機(jī)開口度時，使上支承輥系統(tǒng)和上導(dǎo)衛(wèi)系統(tǒng)跟隨主平衡裝置一起上升或下降；二是通過調(diào)節(jié)主平衡缸壓力，產(chǎn)生過平衡力，用于消除壓下系統(tǒng)各零件之間以及支承輥和支承輥軸承座之間的裝配間隙，減小軋制過程中產(chǎn)生的沖擊，改善咬入條件，保證軋制的穩(wěn)定性，降低軋制過程中的事故率，進(jìn)而提高整個粗軋機(jī)組的生產(chǎn)效率。

1 主平衡裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

主平衡裝置位于軋機(jī)頂部，主要由主平衡液壓缸(柱塞缸)、扁擔(dān)梁、提升梁、平衡梁、限位部件等組成，如圖1所示。主平衡液壓缸位于軋機(jī)牌坊之間的上橫梁中，通過銷軸、扁擔(dān)梁提升梁與主平衡液壓缸連接在一起，平衡梁與提升梁之間采用螺栓把合。液壓缸伸出或縮回帶動扁擔(dān)梁、提升梁以及平衡梁一起向上或向下運(yùn)行。上支承輥裝置掛在平衡梁上，跟隨主平衡系統(tǒng)上升或下降，從而實(shí)現(xiàn)軋機(jī)開口度的調(diào)整。上導(dǎo)衛(wèi)裝置通過導(dǎo)衛(wèi)提升缸與提升梁相連，跟隨主平衡系統(tǒng)上下運(yùn)行。

1—主平衡液壓缸 2—扁擔(dān)梁 3—提升梁 4—平衡梁 5—上支承輥裝置 6—壓下裝置 7—導(dǎo)衛(wèi)提升缸 8—上導(dǎo)衛(wèi)裝置 9—導(dǎo)向板 10—擋板 11—銷軸

2 設(shè)備存在的問題

某1780現(xiàn)場，在粗軋機(jī)安裝調(diào)試時出現(xiàn)以下問題：

(1)上支承輥裝置在裝入和拉出軋機(jī)時出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象，支承輥軸承座一側(cè)相應(yīng)位置出現(xiàn)較明顯的刮蹭痕跡，見圖2(a)。

(2)主平衡裝置帶動上支承輥裝配在升降運(yùn)行過程中亦出現(xiàn)卡阻，并且在主平衡裝置的導(dǎo)向板上有明顯受壓及刮蹭痕跡，見圖2(b)和圖2(c)。

圖2 某1780 mm粗軋機(jī)安裝調(diào)試時主平衡裝置部分油漆被刮蹭脫落

出現(xiàn)上述換輥故障之后，現(xiàn)場對主平衡裝置及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了排查。

排查措施：

(1)將R2軋機(jī)前、后導(dǎo)位架與平衡提升梁斷開，拆除導(dǎo)衛(wèi)提升缸與提升梁的連接銷軸。

(2)自由狀態(tài)下調(diào)整提升梁的相關(guān)位置，并對相關(guān)安裝尺寸進(jìn)行復(fù)核。

排查結(jié)果：

(1)現(xiàn)場調(diào)整完成后已將提升梁移至扁擔(dān)梁外側(cè)極限，無法再進(jìn)行調(diào)整。

(2)提升梁與扁擔(dān)梁連接處呈現(xiàn)線接觸(設(shè)計(jì)為平面接觸)并卡死，提升梁無法復(fù)位，接觸位置出現(xiàn)變形、受損等情況。

(3)平衡梁鉤頭處開襠尺寸實(shí)測值為1558～1560 mm，設(shè)計(jì)圖紙理論值為1570 mm，見圖3。

圖3 平衡梁鉤頭處開襠尺寸

(4)平衡梁背部擋板與把合在機(jī)架上導(dǎo)向板間隙已貼死，實(shí)測尺寸為0，設(shè)計(jì)圖紙理論值間隙為5 mm，見圖4。

圖4 擋板與導(dǎo)向板間隙

上述幾種情況，最終導(dǎo)致?lián)Q輥及平衡裝置升降時出現(xiàn)卡阻，加劇了設(shè)備非常規(guī)磨損，降低了零部件使用壽命，甚至無法將上支承輥裝配推進(jìn)軋機(jī)，影響生產(chǎn)正常運(yùn)行。

3 原因分析

(1)現(xiàn)有的提升梁掛與扁擔(dān)梁之間采用卡槽定位的連接方式，單邊有2 mm間隙，設(shè)計(jì)接觸面為平面；自由狀態(tài)下，入出口提升梁在軋機(jī)窗口內(nèi)將處于理論垂直位置。當(dāng)上導(dǎo)衛(wèi)裝置通過導(dǎo)衛(wèi)提升缸吊掛在提升梁上時，由于導(dǎo)衛(wèi)裝置自身重量的原因，會對提升梁產(chǎn)生一個附加偏轉(zhuǎn)力矩，此時提升梁向軋機(jī)中心線發(fā)生一定的偏擺而緊靠卡槽一側(cè)，達(dá)到極限位置，提升梁與扁擔(dān)梁連接處呈現(xiàn)線接觸并卡死，提升梁無法復(fù)位。另外，線接觸的位置受力不合理，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低零件的使用壽命。

(2)平衡梁背部擋板與把合在機(jī)架上導(dǎo)向板主要作用是限制提升梁及平衡梁的偏擺幅度，但由于兩者間設(shè)計(jì)間隙過大(5 mm間隙)，導(dǎo)致并未對提升梁及平衡梁的偏擺起到有效的限制作用，平衡梁鉤頭處開襠尺寸小于了軸承座鉤頭處的寬度尺寸，繼而在將上支承輥推進(jìn)軋機(jī)時，軸承座與平衡梁鉤頭之間產(chǎn)生卡阻，磨損嚴(yán)重，甚至導(dǎo)致上支承輥無法正常裝入軋機(jī)。

(3)提升梁與扁擔(dān)梁連接處呈現(xiàn)線接觸并卡死，提升梁無法復(fù)位，致使擋板與導(dǎo)向板之間的受力加劇，上下運(yùn)行時磨損嚴(yán)重。

(4)導(dǎo)向板的長度過短(350 mm)，主平衡系統(tǒng)上升至較高位置時，導(dǎo)向板與壓板之間的重疊量過小，甚至沒有重疊量，無法起到良好的限位及導(dǎo)向效果，不利于主平衡系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4 制定解決方案

通過上述分析，我們得出導(dǎo)致更換支承輥卡阻和主平衡系統(tǒng)升降卡阻的主要原因有兩個：一是提升梁與扁擔(dān)梁之間的連接方式設(shè)計(jì)不合理，容易使二者之間卡死，不易復(fù)位；二是導(dǎo)向板與擋板之間的設(shè)計(jì)間隙以及導(dǎo)向板的長度不合理，無法起到有效限位作用。

針對這兩方面原因，制定了3點(diǎn)改進(jìn)方案：

(1)將提升梁與扁擔(dān)梁之間的平面接觸改為弧面接觸形式，見圖5。一方面提升梁具備了自位調(diào)節(jié)功能，在提升梁偏擺時，限位擋板與導(dǎo)向板之間的受力不至于過大，減輕了二者之間的磨損；避免了卡死現(xiàn)象的發(fā)生，大大改善了受力效果，提高了零件的使用壽命。

1—扁擔(dān)梁 2—提升梁 3—接觸弧面

(2)合理設(shè)計(jì)限位擋板與導(dǎo)向板之間的間隙s，使其滿足下式：

a1=a0-2s>w

(1)

a1為平衡梁之間實(shí)際開襠尺寸；a0為平衡梁之間設(shè)計(jì)開襠尺寸；w為軸承座寬度尺寸。

針對現(xiàn)場情況，將實(shí)測數(shù)據(jù)代入公式(1)得：

s<(L-w)/2=5 mm

可見限位擋板與導(dǎo)向板之間的間隙s必須小于5 mm。為保證換輥順暢，建議此處間隙取3 mm，保證平衡梁和軸承座之間單邊留有2 mm的間隙。

(3)增加導(dǎo)向板的長度，使其滿足下式：

L=h+l=840 mm

式中，L為導(dǎo)向板長度，h為擋板高度，l為主平衡升降行程。

可見導(dǎo)向板的設(shè)計(jì)長度為840 mm較為合理，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前設(shè)計(jì)的350 mm。

5 方案實(shí)施及達(dá)到的預(yù)期效果

通過上述解決方案，提升梁在上導(dǎo)衛(wèi)裝置自身重力作用下產(chǎn)生的偏擺現(xiàn)象將得到有效限制，充分保證了平衡梁與軸承座之間的間隙，使上支承輥裝配能夠順利推進(jìn)和拉出軋機(jī)。同時通過優(yōu)化導(dǎo)向板的長度，增大限位重疊量及導(dǎo)向距離，保證平衡系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性、可靠性。改進(jìn)后的平衡裝置，設(shè)計(jì)更加合理，平衡系統(tǒng)運(yùn)行更加順暢，提高了相關(guān)零部件的使用壽命，降低了換輥故障率，間接提高了生產(chǎn)效率。

6 結(jié)語

通過對某熱軋廠四輥粗軋機(jī)主平衡裝置存在的問題的分析，從設(shè)備組成、工作原理入手分析產(chǎn)生問題的原因，針對主要原因制定了相應(yīng)解決方案，優(yōu)化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，從根本上解決設(shè)備存在的問題，并在1780、1580等后續(xù)多個熱連軋項(xiàng)目中得以實(shí)施。通過對已投產(chǎn)項(xiàng)目現(xiàn)場進(jìn)行跟蹤了解，其粗軋機(jī)設(shè)備及換輥操作目前運(yùn)行平穩(wěn)、良好，效果明顯。