型鋼短應力萬能軋機立輥彈跳精度探究

韓海生 王建東 于雷雷 辛本龍 翟 兵

1.前言

型鋼短應力萬能軋機由4根絲桿連接兩側上下4件軸承座安裝上下水平輥，立輥裝置分別安裝于機架兩側，軋輥軸向豎直方向安裝（如圖1）。單架軋機2支水平輥、2支立輥，4支軋輥共同形成“H”孔型。因水平軋制力直接作用于軋機絲桿結構較為簡單，本文不做探究。

圖1 軋機立輥結構示意圖

萬能軋機立輥裝置分別為傳動側和工作側兩部分獨立部件，且兩側立輥分別固定于軋機機架兩側，共同與軋機機架裝配的水平輥形成“H”孔型。因此，在提升立輥裝置自身精度同時，需綜合考慮在進行軋制作業(yè)時，受軋制力作用軋機機架、連接螺桿等部件對立輥彈跳的影響。

本文在探究提升萬能軋機立輥精度時以日照鋼鐵現(xiàn)有小型鋼產線軋機為例進行分析。利用現(xiàn)有軋機進行升級改造，在提升軋機精度同時，可大大降低設備資金的投入。

2.軋機立輥彈跳的結構分析

2.1 軋機立輥結構

通過對立輥應力線進行分析可知，立輥軋制力通過立輥輥系依次傳遞。立輥支架，通過M100立輥螺栓、軋機機架，軋機機架通過抗彎矩形變傳遞至M72機架螺栓，雙側機架螺栓共同作用于導衛(wèi)梁形成封閉應力線（見圖1）。立輥輥系統(tǒng)受設備結構的限制，造成了彈跳為裝配間隙。可通過輥系裝配前備件檢查，公差準確控制，保證裝配間隙。

2.2 螺栓鎖緊力分析

此應力線中，多重連接導致軋制力傳遞效率降低。螺栓連接由機架螺栓和立輥螺栓傳遞連接，軋機單側由6套M72機架螺栓連接和4套M100立輥螺栓連接，參考螺栓緊固標準M72螺栓所需緊固最大扭矩為26783Nm，最大預緊力為1265KN，M100螺栓所需最大扭矩為75206Nm，最大預緊力為2558KN。

按螺栓的拆松力矩為鎖緊力矩的1.2～1.5倍計算，M72螺栓的緊固扭矩為26783Nm÷1.5=17855Nm，M100螺栓的緊固扭矩為75206Nm÷1.5=50136Nm。

現(xiàn)場實際受作業(yè)效率及緊固工具限制，測得現(xiàn)場螺栓的緊固扭矩均在17150±5%之間。因此，機架螺栓的緊固扭矩，基本能夠滿足所需緊固扭矩需求，而立輥螺栓所需緊固扭矩僅能達到34.2%，遠低于螺栓緊固所需的緊固扭矩。

2.3 導衛(wèi)梁的拉伸形變分析

立輥應力線內，軋機雙側立輥共同作用于軋機機架中間導衛(wèi)梁上，由軋機上下位置和出入口四個位置的圓鋼焊接固定，圓鋼直徑為φ168mm，受雙側拉力作用及立輥應力線的立輥軋制力。由于當前國內產線型鋼短應力軋機的自動化程度相對較低，無法準確測得立輥彈跳值。取日常經驗值，立輥軋制力在1960KN左右，單支導衛(wèi)梁的受力為490KN。故測算導衛(wèi)梁的拉伸形變：

變形量ΔL=拉力F×圓鋼長度L/（鋼材彈性模量E×圓鋼截面面積S）

結構用鋼材Q235、Q345、Q390、Q420及Q460的彈性模量為：E=206000MPa。

ΔL=490×103N×610mm/[206000MPa×3.14×(610mm/2)2]≈0.005mm

說明導衛(wèi)梁發(fā)生的拉伸形變處于正常條件，對彈跳值幾乎無影響。

3.立輥應力線的探究改造

3.1 軋機立輥應力線原因分析、控制措施及改進方向

3.1.1立輥輥系內裝配間隙，受結構形式限制，裝配機構無法進行改變，因此只能通過裝配過程中的尺寸精度檢查，保證備件處于正常公差范圍內，以有效控制裝配后輥系精度。

3.1.2立輥螺栓所需鎖緊扭矩不足，現(xiàn)場實際緊固鎖緊力僅能達到所需緊固扭矩的34.2%，為立輥應力線中最為薄弱的環(huán)節(jié)，也是造成立輥彈跳的主要原因。

3.1.3機架螺栓的所需緊固扭矩雖然能夠達到緊固需求，但受立輥應力線內拉力而發(fā)生拉伸塑性形變。因螺栓長度較短，螺栓使用正常無破斷等異常情況，因此可判定，機架螺栓完全能夠滿足應力線內鎖緊力要求。

3.1.4通過測算得知，導衛(wèi)梁受拉力拉伸形變對軋機彈跳值幾乎無影響。

綜上，造成立輥應力線內主要原因是螺栓緊固扭矩不均衡、立輥螺栓鎖緊扭矩不足。

3.2 軋機結構改進應用

為充分保證改造軋機與原軋機的通用性，有效降低設備改造投資，通過分析并結合現(xiàn)有軋機結構，在保證軋機原始外形尺寸情況下，對軋機機架螺栓和立輥螺栓進行改進。

3.2.1機架螺栓改造。軋機導衛(wèi)梁做成中空結構，將軋機兩側機架螺栓改為貫穿機架的通桿。單側安裝液壓螺母結構，另一側安裝防松雙螺母。由螺栓扭矩緊固形式改為液壓螺母預應力鎖緊形式。

3.2.2立輥螺栓改造。在保證正常裝配效率的作業(yè)條件下，將立輥螺栓立輥端改為液壓螺母，機架端改為T型旋轉頭，快捷固定于軋機機架內。

3.2.3軋機鎖緊的穩(wěn)定性靠液壓螺母來提升，有現(xiàn)場備件的通用性。液壓螺母設計為統(tǒng)一型號，并充分利用現(xiàn)有立輥支架。液壓螺母有桿徑與缸徑設計分別為110mm/160mm，鎖緊壓力設定為47MPa。

F (拉力) = P (設定壓力)×S (油缸有效作用面積)

F=47MPa×3.14×[(160mm/2)2-(110mm/2)2]=498082.5N（約498.08KN）

機架連接液壓螺母與立輥液壓均為4支分布，即軋機可實現(xiàn)498.08KN×4=1992.33 KN的預緊力。預緊力＞經驗值立輥軋制力1960KN，實現(xiàn)了立輥的應力線的精度控制。

對軋機完成改造后，在軋機立輥應力線內，軋機機架貫穿螺桿，完全將軋機工作側與傳動側機架形成整體，立輥液壓螺母將立輥支架與軋機機架形成穩(wěn)固整體，并形成預應力，理論上消除了立輥應力線內因連接件受力，出現(xiàn)塑性形變造成的軋機彈跳問題。

4.結論

通過對軋機立輥應力線內設備受力條件和現(xiàn)場實際作業(yè)情況分析，針對軋機結構進行優(yōu)化，通過安裝液壓螺母，形成軋機立輥應力線內的預應力，提升軋機的穩(wěn)定性及剛度，實現(xiàn)軋機精度的提升。

（1）通過液壓螺母的使用，使立輥支架與軋機機架之間的連接形成了預應力，使立輥彈跳的問題得到極大改善，通過對現(xiàn)場實際檢測輥縫的數(shù)據(jù)記錄，立輥彈跳值由4mm左右降至0.7mm左右，彈跳精度提升82.5%。

（2）采用液壓螺母的液壓鎖緊形式，消除了原使用現(xiàn)場敲擊扳手緊固形式，在完全保證準確預緊力的情況下，極大降低了現(xiàn)場作業(yè)人員勞動強度，提升作業(yè)效率。

（3）本次改造僅通過對軋機機架、軋機導衛(wèi)梁改造，安裝了液壓螺母，就實現(xiàn)了立輥彈跳值82.5%的提升，其改造部件重量僅占軋機單重的15%。由此證明，軋機應力線內設備的改造，完全可以用較低的成本改造原軋機，實現(xiàn)全線軋機設備的升級。

參考文獻略