梁福江

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東萊蕪 271104）

棒材線粗軋機(jī)下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)的改進(jìn)

梁福江

（萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東萊蕪 271104）

針對(duì)Φ650 mm三輥單機(jī)座閉口牌坊軋機(jī)下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)存在易損壞而難維修、密封性差等問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。在保證工藝參數(shù)要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作原理進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，將下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)由螺桿式改為縱斜楔式，并進(jìn)行了強(qiáng)度校核。應(yīng)用結(jié)果表明，軋機(jī)作業(yè)率由76.62%提高到82.39%。

閉口牌坊軋機(jī)；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)；縱斜楔式

1 前言

萊鋼棒材廠小型生產(chǎn)線粗軋機(jī)為Φ650 mm三輥單機(jī)座閉口牌坊軋機(jī)。為控制軋件的尺寸精度，必須調(diào)整壓下量并克服軋輥的重磨或重車、換輥及軸承磨損等因素的影響。為保證軋機(jī)的軋制標(biāo)高不變及軋制線的平直性，確保軋制順利進(jìn)行，要求上下輥均能進(jìn)行調(diào)整。上輥壓下裝置稱上輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)，下輥壓上裝置稱下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)。由于牌坊兩側(cè)下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)均單獨(dú)調(diào)節(jié)，軋輥平衡性不好控制，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且工作環(huán)境惡劣。水和氧化鐵皮的浸入，使下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)零件銹蝕，徑向調(diào)整螺桿被卡阻，不易維修，已無(wú)法完成下輥徑向調(diào)整的功能，嚴(yán)重影響軋材質(zhì)量和生產(chǎn)作業(yè)率，甚至誘發(fā)斷輥事故，成為制約生產(chǎn)線生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。

2 存在問(wèn)題分析

棒材廠小型生產(chǎn)線粗軋機(jī)為Φ650 mm三輥單機(jī)座閉口牌坊軋機(jī)，改造前下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)采用螺桿式。通過(guò)“人工扳手→萬(wàn)向聯(lián)軸桿→減速機(jī)高速軸→徑調(diào)螺桿→壓塊→下安全臼→軋輥軸承座”完成徑向調(diào)整動(dòng)作，其裝配形式如圖1所式。

2.1 螺桿、軸承等易損壞

徑向調(diào)整螺桿總長(zhǎng)1 105 mm，自減速機(jī)向外延伸785 mm。軋制時(shí)軋輥?zhàn)败堓佒亓?、軋制力等全部由徑向調(diào)整螺母承擔(dān)，經(jīng)長(zhǎng)期使用，徑向調(diào)整螺母不斷磨損，與徑向調(diào)整螺桿徑向和軸向間隙增大，軋制時(shí)螺桿極易產(chǎn)生彎曲，并將螺母承擔(dān)的力向下傳遞到軸承上，造成軸承損壞，齒輪卡死。而且下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)在機(jī)架最底部，陰暗潮濕，氧化鐵皮堆積，一旦損壞根本無(wú)法短時(shí)間內(nèi)維修更換，如圖2所示。

圖1 螺桿式下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)裝配圖

圖2 軋機(jī)下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)所處工作位置示意圖

2.2 兩側(cè)無(wú)法同步調(diào)節(jié)

當(dāng)軋機(jī)換輥時(shí)，每套軋輥重磨程度或重車次數(shù)均有不同，而不同規(guī)格鋼材對(duì)孔型參數(shù)要求也各異，加之換輥及軸承磨損等因素。為保證軋機(jī)的軋制標(biāo)高不變及軋制線的平直性，控制好軋件的尺寸精度，確保軋制順利進(jìn)行,必須調(diào)整徑向調(diào)整量。而牌坊兩側(cè)的兩個(gè)螺桿式下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)為兩個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)時(shí)必須記下每個(gè)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，保證調(diào)節(jié)量一致，確保下輥水平上升或下降，增加了換輥時(shí)間和勞動(dòng)強(qiáng)度。軋機(jī)傳動(dòng)側(cè)有萬(wàn)向節(jié)，若生產(chǎn)時(shí)調(diào)節(jié)，萬(wàn)向節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶來(lái)人身安全隱患。

2.3 密封性差

原下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)自上線后因在機(jī)架最底部，位置隱蔽，陰暗潮濕，無(wú)法點(diǎn)檢維修，只在設(shè)備年修時(shí)才能檢查處理。現(xiàn)密封件已嚴(yán)重老化，擋蓋銹蝕，全部損壞，水和氧化鐵皮等雜物進(jìn)入下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)的螺母和減速機(jī)傳動(dòng)齒輪中，造成齒輪、徑向調(diào)整螺桿銹死和加油孔堵塞。

2.4 關(guān)鍵設(shè)備無(wú)圖紙

近幾年，生產(chǎn)線打算利用年修改造時(shí)間對(duì)下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)進(jìn)行維修、更換?？刹殚唸D紙發(fā)現(xiàn)，作為下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)關(guān)鍵設(shè)備的減速機(jī)、萬(wàn)向聯(lián)軸桿只標(biāo)明全為成品，需特殊訂購(gòu)，卻無(wú)任何裝配圖及零件圖，也未注明生產(chǎn)廠家。Φ650 mm三輥軋機(jī)因使用時(shí)間過(guò)久，生產(chǎn)廠家更無(wú)從查起，而現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪極可能造成尺寸數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，出現(xiàn)備件無(wú)法更換或更換后調(diào)節(jié)不便。

3 改造方案

考慮到原機(jī)構(gòu)已無(wú)法維持正常使用，部分備件也無(wú)法更換，目前更換軋輥時(shí)只能在軸瓦座下墊墊鐵達(dá)到調(diào)整輥縫間隙的目的，制約了產(chǎn)能的提升和質(zhì)量升級(jí)，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線調(diào)節(jié)，且占用較多的換輥時(shí)間。針對(duì)原機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷，結(jié)合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)原理進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，拆除原螺桿式下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)，保留手動(dòng)調(diào)節(jié)的調(diào)整方式，改為縱斜楔式結(jié)構(gòu)［1］，如圖3所示。

圖3 縱斜楔式下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)裝配圖

因有軋機(jī)后部輸送輥道阻礙，原下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)不便，故去掉萬(wàn)向聯(lián)軸桿。操作人員站利用扳手便可完成調(diào)節(jié)，操作簡(jiǎn)單、省時(shí)省力。

考慮原下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)為兩個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)，不能實(shí)現(xiàn)同步調(diào)節(jié)，增加夾殼聯(lián)軸器連接主動(dòng)螺桿與從動(dòng)螺桿，保證了兩側(cè)輥?zhàn){(diào)節(jié)量的一致性，時(shí)間節(jié)省一半以上，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大幅降低。

拆除原下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)高110 mm的下安全臼，將高140 mm的新底座固定于原壓蓋上，并在主、從動(dòng)螺桿之間安裝兩個(gè)軸瓦座，保證了兩螺桿的同軸性，便于調(diào)節(jié)，提高強(qiáng)度。

進(jìn)行有效的密封設(shè)計(jì)，1用1備，定期更換，吊裝快捷，線下更換密封及清理氧化鐵皮等雜物，不占用有限的換輥時(shí)間，設(shè)備作業(yè)率提高，產(chǎn)能提升。

4 軋制力計(jì)算及強(qiáng)度校核

已知參數(shù)：下輥裝配總重G=52.96 kN，軋輥半徑R=250 mm，螺桿材質(zhì)為鍛45，軋件平均寬度bm= 120 mm。許用切應(yīng)力[τ]=30～40 MPa，許用彎曲應(yīng)力[σb]=40～60 MPa，許用應(yīng)力[σ]=128～213 MPa。軋機(jī)孔型［2］如圖4所示。

圖4 Φ650 mm軋機(jī)孔型

1）軋制力P計(jì)算。

式中：pm為平均單位壓力，MPa；b0、b1、bm為軋制前后的軋件寬度和平均寬度，mm，bm=（b0+b1）/2；l為接觸弧長(zhǎng)度（即變形區(qū)長(zhǎng)度），mm；nσ"為外區(qū)金屬影響系數(shù)；nB為寬展對(duì)應(yīng)力狀態(tài)的影響系數(shù)；n1為與總延伸率有關(guān)的尺寸系數(shù)；σ為軋件變形阻力；R、Δh分別為軋輥半徑和絕對(duì)壓下量，mm。

2）徑向調(diào)整螺母螺紋的許用切應(yīng)力校核。對(duì)徑向調(diào)整螺母螺紋進(jìn)行受力分析［3］，見圖5。

圖5 螺母上一圈螺紋展開后a-a截面受力分析

徑向調(diào)整螺母螺紋的切應(yīng)力τ、彎曲應(yīng)力σb計(jì)算公式：

式中：F為螺母軸向載荷，kN；d'為螺母的螺紋大徑，mm；b為螺紋的根部寬度，mm；z為螺母中的螺紋圈數(shù)；h為螺紋工作高度，mm。

計(jì)算值τ=29.26 MPa≤[τ]，σb=59.30 MPa≤[σb]。

3）徑向調(diào)整螺桿的強(qiáng)度校核。強(qiáng)度σe計(jì)算公式：

式中：F為螺桿軸向載荷，kN；d1為螺桿上的螺紋小徑，mm；T為人工施加的扳手力矩，kN·mm。

計(jì)算值σe=176.03 MPa≤[σ]。

通過(guò)計(jì)算，徑向調(diào)整螺母、徑向調(diào)整螺桿的設(shè)計(jì)尺寸完全滿足使用要求，可以實(shí)現(xiàn)Φ650 mm軋機(jī)下輥的徑向調(diào)整功能。

4.4 兩種下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)的技術(shù)特征對(duì)比

由表1可知，改造前后徑向調(diào)整工作行程相差較大。在充分考慮Φ650 mm軋機(jī)調(diào)整壓下量、軋輥的重磨或重車、換輥及軸承磨損等因素的影響后，進(jìn)行工作行程極限分析，完全可以保證軋機(jī)的軋制標(biāo)高不變及軋制線的平直性，確保軋制順利進(jìn)行。

表1 兩種下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)技術(shù)特征對(duì)比

5 更換后使用效果

Φ650 mm三輥單機(jī)座閉口牌坊軋機(jī)原來(lái)采用的螺桿式徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)，其設(shè)計(jì)缺陷在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，兩側(cè)單獨(dú)調(diào)節(jié)，位置隱蔽，不易維修更換，密封性能不好，水和氧化鐵皮容易浸入，使下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)零件銹蝕，徑向調(diào)整螺桿被卡阻。將下輥徑向調(diào)整機(jī)構(gòu)由螺桿式改為縱斜楔式后，成功消除了上述缺陷，每次下輥調(diào)節(jié)時(shí)間由36 min降低到11 min，軋機(jī)作業(yè)率由76.62%提高到82.39%，軋制產(chǎn)能由每月2.18萬(wàn)t增加到2.40萬(wàn)t。

［1］范順成，馬志平，馬洛剛.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［2］李茂基.軋鋼機(jī)械［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1998.

［3］葛志祺.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1994.

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1004-4620（2017）02-0075-02

2016-09-06

梁福江，男，1983年生，2011年畢業(yè)于遼寧科技大學(xué)冶金工程專業(yè)?，F(xiàn)為萊鋼集團(tuán)設(shè)備檢修中心工程師，主要從事設(shè)備維修與管理工作。