王小慶，周松濤，魏宏武

(安陽鋼鐵股份有限公司，河南 安陽 455004)

國內(nèi)某鋼企1780 mm熱連軋為一條傳統(tǒng)配置的寬帶鋼生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線設備由3座加熱爐、2架粗軋機、切頭飛剪、7架精軋機、層流冷卻裝置、3臺卷取機、1套鋼卷運輸設備等組成，卷取機為地下式卷取機，卷取設備布置如圖1所示(3#卷取機圖中未示出)。投產(chǎn)兩年后，生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)鋼卷的卷形質(zhì)量有下降趨勢，出現(xiàn)有塔形、錯層、內(nèi)圈松動、浪型折邊等情況，而該生產(chǎn)線二期新啟用的3#卷取機卷形要好很多。生產(chǎn)現(xiàn)場分析，與設備間隙過大有很大關系，需要對磨損超標的零部件進行更換。但卷取機結(jié)構(gòu)復雜，且液壓缸耳軸、軸承座、液壓缸頭、銷子、助卷臺架、助卷輥等本身存在有間隙的部位較多，累積設備間隙很多。用傳統(tǒng)的方法檢查并處理該問題需要較長的檢修時間，對生產(chǎn)影響較大，有必要對此進行研究，找到科學合理的方法[1-2]。

1 卷取機設備間隙及其對卷取生產(chǎn)的影響

1.1 地下卷取機結(jié)構(gòu)組成及工作原理

1.1.1 地下卷取機結(jié)構(gòu)組成

卷取機采用地下式全液壓三助卷輥卷取機，主要由張力輥、助卷輥、卷筒和機架組成，如圖2所示。

圖1 卷取設備布置圖(3#卷取機未示出)Fig.1 Coiler equipments layout(No.3 coiler unshown)

圖2 卷取機組成示意圖Fig.2 Assembly sketch of coiler

張力輥將成品帶鋼夾緊并送入卷取機，并在帶鋼頭尾部與卷取機形成張力，下輥電機通過萬向接軸直接傳動，上輥電機通過減速機和萬向接軸傳動。

三個助卷輥分別由電機通過萬向接軸單獨驅(qū)動;助卷輥架為鑄焊結(jié)構(gòu)與成形導板的把合采用予應力螺栓，助卷輥本體為表面堆焊硬質(zhì)合金件，入口上導板端部裝有表面噴焊硬質(zhì)合金的導向輥，可以減少鋼板表面擦傷。助卷輥驅(qū)動液壓缸內(nèi)裝有位移傳感器，以控制助卷輥與卷筒間隙，并且通過伺服控制實現(xiàn)助卷輥跳過帶鋼頭部的功能。液壓缸與助卷輥架之間通過銷軸連接。

卷筒通過電機和變速箱驅(qū)動，機架為整體板坯焊接件，其上有助卷輥回轉(zhuǎn)軸承座及液壓缸支座和橫梁。

1.1.2 地下卷取機工作原理

帶鋼頭部離開精軋機時，卷取機已處于準備工作狀態(tài)。此時，上張力輥壓下，上張力輥控制液壓缸為位置控制狀態(tài)，上下張力輥間隙的預設定應依據(jù)夾送輥送進的帶材厚度。助卷輥圍抱卷筒，預設定輥子與卷筒之間的間隙，間隙值根據(jù)精軋后的帶鋼的實測厚度設定。帶鋼進入卷取機時，張力輥前導尺正確導向，借助導板裝置，在張力輥和卷筒之間形成封閉路徑，使帶鋼能順利地卷上卷筒。待帶鋼卷上3～5圈后，帶鋼在卷筒和軋機之間即能建立穩(wěn)定的張力。此時上張力輥放松，傳動電機采用“零電流”控制，助卷輥全部打開(卷取厚帶鋼時，第一個助卷輥要始終壓住帶鋼)，卷筒和軋機一起加速到最高軋制速度，進入正常卷取狀態(tài)。帶尾即將離開軋機時，卷取機進入收卷狀態(tài)。軋機與卷取機同時降速，助卷輥合攏，壓住外層帶卷。當帶鋼脫離末架軋機時，張力輥壓緊，傳動電機處于發(fā)電狀態(tài)，使帶鋼在張力輥與卷筒之間建立張力，避免帶卷跑偏或帶卷外層松散。卸卷時助卷輥打開，卸卷小車上升托住帶卷，待卷筒收縮后，可將鋼卷移出。此后卷取機又恢復準備工作狀態(tài)[2-3]。

1.2 卷取機設備間隙組成

由地下卷取機的工作原理可知，張力輥在鋼卷卷取3～5圈時，上張力輥即抬起放松，對整個卷取過程影響不大。本文重點研究卷取機本體的間隙結(jié)構(gòu)，由卷取機結(jié)構(gòu)組成可知，構(gòu)成卷取機的設備間隙見表1:

表1 卷取機設備間隙組成[4-5]Tab.1 Coiler assembly gaps

卷取機本體各部位設備間隙組成示意圖如圖3所示:

圖3 卷取機設備間隙組成示意圖Fig.3 Coiler assembly gaps sketch

1.3 不良設備間隙對生產(chǎn)的影響

1.3.1 不良設備間隙產(chǎn)生的機理

設備零部件加工成品都有一個尺寸偏差，因此兩個設備零件之間的配合存在過盈、過渡、間隙配合三種情況。為實現(xiàn)設備功能、工藝等要求，設備設計時往往采用不同的配合形式。如在設備的轉(zhuǎn)動部位往往采用間隙配合，以便于設備的轉(zhuǎn)動功能要求。所以正常設備間隙的存在是必然的。

但相對運行的設備零部件之間在發(fā)生相對運動時，兩個零件表面相互接觸，并形成磨擦。由于絕大多數(shù)機械零件的損壞是表層損壞，且多數(shù)原因是由于各種形式的磨損造成的。在摩擦過程中，摩擦表面的材料產(chǎn)生微量脫落、轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象稱為磨損。

正常情況下磨損過程分為三個階段:初期磨損——新的摩擦副表面具有一定的粗糙度，真實接觸面積小、單位面積承受比壓高，在額定的速度和負載下磨損速度較快。經(jīng)長時間跑合后，磨平了摩擦面上部分微凸體，降低了摩擦面的比壓，提高了承載能力，使磨損速度減慢，并趨于穩(wěn)定;穩(wěn)定磨損——磨損速度緩慢而又恒定，耐磨時間較長的階段;加速磨損——當穩(wěn)定磨損達到某一極限值時其磨損速度加劇，導致報廢。磨損的分類有多種:粘附磨損、磨粒磨損、疲勞磨損、腐蝕磨損、微動磨損、侵蝕磨損、脫層磨損等[6]。

零件表面材料的微量脫落轉(zhuǎn)移造成零件尺寸變化，使兩者之間的正常間隙變大，使設備部件之間的位移量增大，造成設備精度降低，影響設備功能發(fā)揮[7]。

1.3.2 卷取機各種設備間隙產(chǎn)生的原因

組成卷取機設備的各部件之間是通過軸承、螺栓、銷子、軸套等零件相互連接起來的。其中:

1)助卷輥本體的設備間隙是軸承本身的，軸承在長時間運轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的磨損是疲勞磨損，即軸承滾子與內(nèi)外滾道接觸面作滾動摩擦時，在交變接觸壓應力作用下，使材料表面疲勞而產(chǎn)生反復塑性變形，分離出磨屑，使軸承本身的游隙發(fā)生擴大。

2)助卷輥臺架與助卷輥裝配之間和(d)液壓缸桿頭部銷子與助卷輥臺架之間按其裝配要求是通過螺栓和錐套預緊連接的，即將連接二者之間的螺栓和錐套通過預應力拉伸消除了它們之間的間隙，只要螺栓和錐套不松脫或沒有被拉斷，間隙將始終保持為0.

其余三處(c)助卷輥臺架與卷取機架之間、(e)液壓缸缸桿頭部與銷子之間和(f)液壓缸耳軸與機架之間的間隙是通過銷子和軸套連接的，用以實現(xiàn)設備部件之間的轉(zhuǎn)動功能。它們之間存在磨粒磨損和疲勞磨損:銷子和軸套之間存在硬度差，硬質(zhì)顆?；蛴脖砻嫔系奈⑼贵w在軟表面上犁溝、拉槽和脫落而引起磨損，并在交變接觸壓應力作用下，使材料表面疲勞而產(chǎn)生反復塑性變形，分離出磨屑，從而使銷子與軸套之間的間隙擴大。

1.3.3 卷取機設備間隙對生產(chǎn)的影響

由卷取機工作原理可知，在帶鋼頭部即將進入卷取機時，助卷輥圍抱卷筒，預設定助卷輥與卷筒之間的輥隙，輥隙值根據(jù)精軋后的帶鋼的實測厚度設定。如果卷取機設備的累積間隙值較大，尤其是在卷取薄規(guī)格(一般指3 mm以下)帶鋼時，預留輥隙值較小，與累積設備間隙值具有可比性時，整個卷取機剛度將下降，主要表現(xiàn)在助卷輥標定性有異常響聲、卷形尤其是頭部卷形不良等，影響產(chǎn)品質(zhì)量，嚴重時影響卸卷對生產(chǎn)造直接影響。

2 卷取剛度測試及設備間隙評價

2.1 傳統(tǒng)設備間隙的測量

傳統(tǒng)設備間隙的測量是通過動力源或千斤頂?shù)葯C械工具作用于設備部件，同時在被檢查部件上打百分表的辦法來檢查，但這種辦法不能測量出設備在沖擊、剛度變化等情況下準確間隙值，靜態(tài)測量與真正的動態(tài)工況差別較大，造成測量失真，從而給設備隱患查找和檢修處理造成困難。

2.2 剛度測試及設備間隙評價

在卷筒(1)處于不同擴張直徑位置時，通過給定不同的壓力值，測量出相應的輥縫值。因為不管卷徑和壓力大小，設備固有的間隙值是不會變化的，所以從這些測得的設備綜合間隙值即可判斷卷取機某個助卷輥的剛度情況是否良好。

卷筒(1)直徑的擴張位置是通過卷筒芯軸的軸向位置來測定的，因為該芯軸通過卷筒內(nèi)部的連桿和楔塊與外直徑相連，芯軸在轉(zhuǎn)動的同時，超聲波檢測儀通過其上的圓盤檢測出卷筒外徑的相對位置，該位置每卷一次鋼都要標定一次，用以保證數(shù)據(jù)的真實性并相對消除芯軸內(nèi)部連桿的相部間隙。壓力值直接從助卷輥液壓缸(5)閥臺上的塞腔壓力傳感器讀取。輥縫值從助卷輥液壓缸(5)尾部的線性傳感器從系統(tǒng)中讀取即可。所有檢測數(shù)據(jù)均可從生產(chǎn)一級自動化系統(tǒng)中導出，也可從操作界面中讀取，不需要增加新的檢測無件。

如表2所示為某熱連軋一臺卷取機三個助卷輥剛度測試數(shù)據(jù):

表2 某卷取機剛度測試數(shù)據(jù)Tab.2 Test parameters of a coiler model

對三個助卷輥的卷徑和壓力值分別進行擬合，可以得到它們的壓力值曲線，從曲線的平滑度和重合情況，也可以清晰地反映出設備剛度和間隙的優(yōu)劣情況[8]，如圖 4 所示。

從壓靠數(shù)據(jù)及圖形上可以看出1#、2#助卷輥的剛度較好，分別為0.09 mm 和0.1 mm，而3#助卷輥剛度較差，達到5.4 mm，需要盡快檢查和改進。而評判這些剛度和間隙數(shù)值好壞的標準需要根據(jù)實際情況給定，然后逐步優(yōu)化完善。通過檢查發(fā)現(xiàn)3#助卷輥c)助卷輥臺架與卷取機架之間的鋼套和f)液壓缸耳軸與機架之間的銅套磨損嚴重，經(jīng)過檢修更換，3#助卷輥輥縫值達到0.12 mm，卷取機剛度得到恢復，標定卷筒時異常聲響明顯減小，生產(chǎn)出現(xiàn)的鋼卷卷形質(zhì)量明顯好轉(zhuǎn)。

圖4 某卷取機助卷輥壓力值曲線圖Fig.4 The diagram of wrap pressure of a coiler

3 結(jié)論

通過檢測卷取機剛度的方法來檢測和評價卷取設備間隙的方法，可以快速判斷影響卷取設備間隙的因素并進行設備維護。同時對其它類似間隙測量不易的設備檢查有一定的借鑒意義。

[1]朱洪波.全液壓地下卷取機的工藝控制過程[J].一重技術，2008(3):10-11.

[2]盧慶春.熱帶鋼連軋機組地下卷取機設備綜述[J].一重技術，2008(1):1-3.

[3]宋耕田，陳崇義，傅文斌，等.武鋼熱軋地下卷取機的改造[J].上海金屬，2000，22(5):22-27.

[4]成大先.機械設計手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社，2002.

[5]宋耕田，漆平，周漢武.卷取機助卷輥支臂與軸過盈聯(lián)接結(jié)構(gòu)[J].上海金屬，2002，24(4):29-31.

[6]高澤遠，姚玉泉，李林貴.機械設計[M].沈陽:東北大學出版社，1994.

[7]葉成水.設備工程[M].上海:華東理工大學出版社，2005.

[8]劉才，馮憲章，崔艷梅，等.全液壓地下卷取機卷筒壓力分布研究[J].鍛壓技術，2009，34(5):23-25.