芮建權(quán) 章玉 張繼

（1：南京鋼鐵集團(tuán)股份有限公司 江蘇南京 230001；2：泰爾重工股份有限公司安徽馬鞍山 243001；3：巨力索具股份有限公司 河北保定 071000）

1 前言

支撐輥更換在軋鋼生產(chǎn)過程中是比較頻繁而又非常重要的工作，南鋼爐卷軋機(jī)由奧鋼聯(lián)公司設(shè)計制造，為單機(jī)架四輥可逆式爐卷軋機(jī)，最大機(jī)架軋制力80000kN，支承輥規(guī)格φ1950／1800×3400mm，更換支撐輥吊裝重量達(dá)到200噸以上，吊裝重量比較大，而且吊裝過程中，人員需要到2m以上的高空進(jìn)行耳軸插裝和鋼絲繩懸掛作業(yè)，危險系數(shù)比較大，更換操作時間比較長，因此必須對支撐輥吊裝方式進(jìn)行改造，提高人員操作安全性，降低作業(yè)時間，才能提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本。

2 原來支撐輥吊具缺點

在軋鋼使用過程中，根據(jù)軋輥工藝和輥形匹配要求，每軋制8-10萬噸時，要定期對支撐輥進(jìn)行更換，將使用后的支撐輥和軸承座整體吊出，將重新磨削裝配好的新支撐輥吊人更換。以前的吊具在支撐輥更換吊裝過程中，主要存在以下幾方面的問題。

（1）人員操作危險，安全隱患大。在支撐輥吊裝作業(yè)過程中，將支撐輥從軋機(jī)牌坊里面拉出來，現(xiàn)場人員上到2米以上的高空，通過行車將耳軸插在支撐輥軸承座的吊裝孔內(nèi)，再將吊具鋼絲繩懸掛在耳軸上，將舊支撐輥吊開。吊裝過程中需要人員在高空與行車進(jìn)行配合，危險系數(shù)較大。

（2）勞動強(qiáng)度大，操作不便。現(xiàn)場操作人員首先將每根4耳軸查在支撐輥軸承座吊裝孔內(nèi)，將舊支撐輥吊開。再把4個耳軸抽出來，插入新裝配的支撐輥軸承座孔內(nèi)。把新支撐輥吊上換輥平臺，再將耳軸從新支撐輥軸承座內(nèi)通過行車拔出，用換輥小車把新支撐輥推入軋機(jī)牌坊內(nèi)。

（3）操作更換時間長，影響生產(chǎn)。整個操作過程復(fù)雜，首先把舊的上支撐輥吊出，將新裝配的支撐輥吊入換輥平臺，再將支撐輥推入軋機(jī)牌坊，再重新吊入下支撐輥，整個過程中需要連續(xù)作業(yè)三個半小時以上。

（4）吊具結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷大，效率低。當(dāng)初設(shè)計時采用的是在吊具上懸掛鋼絲繩，軸承座加工耳軸孔，更換支撐輥輥時插入耳軸，將鋼絲繩懸掛在耳軸上進(jìn)行吊裝，需要操作人員和行車協(xié)助操作，不能自動吊裝，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)奏。

3 專用吊具改造

為了方便操作，降低安全系數(shù)，減少支撐輥更換時間，實現(xiàn)支撐輥自動吊裝提高操作效率。根據(jù)現(xiàn)場工礦條件，對支撐輥專用吊具進(jìn)行改造。

3.1 吊具改造主要參數(shù)

1）吊具額定載荷：232t

2）吊具使用環(huán)境要求：常溫

3）吊具總體重量：＜30t

3.2 吊具改造方案

根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)備條件制定了兩套設(shè)計改造方案，保持軸承座的尺寸不動，利用原先軸承座耳軸圓形孔，將吊具改造成電動模式，吊裝前通過電機(jī)將懸臂打開，行車下落到軸承座吊裝孔位置時，通過電機(jī)對吊鉤進(jìn)行合攏夾緊，進(jìn)行吊裝作業(yè)。把支撐輥吊起轉(zhuǎn)運(yùn)到指定位置后落下吊具，再通過電機(jī)把吊具內(nèi)的吊鉤移出，完成吊運(yùn)過程。

其次考慮到吊具現(xiàn)場維護(hù)保養(yǎng)工作，減少吊具本身故障率。設(shè)計了機(jī)械式的吊具改造方案，利用吊鉤在重力作用下自動旋轉(zhuǎn)方式，將吊鉤懸掛在軸承座孔內(nèi)實現(xiàn)吊裝作業(yè)。根據(jù)吊鉤尺寸和旋轉(zhuǎn)空間，對軸承座本體圓形吊裝孔改造加工成方形吊裝孔［1］。吊裝前，吊具先置于支撐輥上方，通過下落吊具，在降落到軸承座吊裝孔高度位置時，在重力作用下，內(nèi)部吊鉤自動旋轉(zhuǎn)落入軋輥座的相應(yīng)的吊裝內(nèi)，通過行車起升吊具，支撐輥被吊起。當(dāng)支撐輥被吊起轉(zhuǎn)運(yùn)到指定的位置后落下吊具，吊具內(nèi)吊鉤自動恢復(fù)，移出吊具，完成自動吊運(yùn)過程。如圖1所示。

圖1 機(jī)械結(jié)構(gòu)支撐輥吊具

經(jīng)現(xiàn)場分析，在保證吊具設(shè)備安全、實現(xiàn)自動吊裝的前提下，減少吊具設(shè)備本身故障率，機(jī)械結(jié)構(gòu)支撐輥吊具改造費用更低，在吊運(yùn)時吊鉤自動旋轉(zhuǎn)進(jìn)行起吊，無需人為操作，更適合現(xiàn)場使用條件。

4 吊具及支撐輥軸承座改造后強(qiáng)度校核

為了方便操作，首先利用Solidworks的3D模塊繪圖，以stp格式導(dǎo)入ABAQUS軟件進(jìn)行后續(xù)分析。在ABAQUS軟件中建立支撐輥吊具分析計算模型，以一對內(nèi)力等效加載到吊具模型中。

4.1 吊具及軸承座的材料主要參數(shù)

具體選用材料：

材料參數(shù)表［2］

4.2 載荷與邊界條件有限元分析

支撐輥吊具計算：約束吊鉤運(yùn)動，并整體施加向下的重力，9.8m／s2。經(jīng)測試吊臂以下總重約232.8噸，根據(jù)幾何結(jié)構(gòu)，采用四面體單元對塊體、圓軸等部件進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，并進(jìn)行網(wǎng)格穩(wěn)定和敏感性測試，最終選擇2cm作為單元網(wǎng)格基本尺寸。在前述計算輸入條件的基礎(chǔ)上，對各工況進(jìn)行有限元計算分析［3］，如圖2所示。

圖2 有限元分析圖

通過對各工況模型在給定幾何形狀、材料和邊界載荷條件下的模擬計算，得到重點關(guān)注位置的計算應(yīng)力，在規(guī)定的自重載荷作用下，結(jié)構(gòu)計算最大應(yīng)力均低于屈服強(qiáng)度，有限元分析滿足現(xiàn)場使用性能和安全要求。

4 結(jié)語

結(jié)合現(xiàn)場實際工況條件，對支撐輥吊具進(jìn)行優(yōu)化改造，解決了以前結(jié)構(gòu)設(shè)計的缺陷，優(yōu)化了操作步驟，完全實現(xiàn)支撐輥更換自動吊裝作業(yè)。避免人員參與行車吊運(yùn)工作，提高人員操作安全系數(shù)，降低勞動強(qiáng)度，吊裝過程穩(wěn)定，大大地節(jié)約了支撐輥更換作業(yè)吊裝時間，每套支撐輥更換可節(jié)約1小時以上，為安全生產(chǎn)創(chuàng)造更多的效益。