李欣偉 謝序淵

（上海梅山鋼鐵股份有限公司煉鋼廠 江蘇 南京 210039）

1 前言

梅鋼3＃、4＃連鑄機(jī)大包回轉(zhuǎn)臺(tái)是蝶型雙臂單獨(dú)升降回轉(zhuǎn)臺(tái)，它用于將大包從接受位運(yùn)送至澆鑄位，從澆鑄位將空包運(yùn)回受包位或事故位?；剞D(zhuǎn)臺(tái)由回轉(zhuǎn)體、升降臂、鞍座、上連桿、升降液壓缸等組成。大包回轉(zhuǎn)臺(tái)軸承一般有三種更換方法：1）采用平衡梁整體抬吊的方式；2）采用液壓千斤頂整體頂升的方式［1］；3）采用逐步拆裝零部件的方式［2］。方法一雖然可行但專(zhuān)用平衡梁的制造費(fèi)用昂貴，且需占用鋼水接收跨行車(chē)，必須全停實(shí)施對(duì)生產(chǎn)影響較大。方法三由于更換周期太長(zhǎng)一般不會(huì)考慮。由于3＃、4＃連鑄機(jī)生產(chǎn)節(jié)奏緊張幾乎沒(méi)有全停時(shí)間，因此整體頂升方法是較好的選擇。3＃、4＃連鑄機(jī)大包回轉(zhuǎn)臺(tái)的升降臂不是采用傳統(tǒng)的四連桿升降形式，而是采用杠桿原理利用油缸實(shí)現(xiàn)升降。大包臂只能承受垂直向下的力，無(wú)法承受頂升力，否則將導(dǎo)致升降臂球面軸承脫離造成包臂失穩(wěn)，因此無(wú)法通過(guò)頂升升降臂來(lái)完成大包回轉(zhuǎn)軸承的更換?；剞D(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)體上部是長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，用于安裝升降臂的球面軸承，長(zhǎng)方形的長(zhǎng)為 5860mm，寬 為 5140mm，軸 承 的外 徑 是5333mm?；剞D(zhuǎn)體的4個(gè)角部有足夠的強(qiáng)度，是很好的頂升面，但由于回轉(zhuǎn)體的長(zhǎng)度僅比回轉(zhuǎn)軸承寬500mm，千斤頂只能布置在角部邊緣且軸承與頂升支撐座間隙很小，頂升風(fēng)險(xiǎn)很大。另外3＃、4＃連鑄機(jī)回轉(zhuǎn)臺(tái)是采用插銷(xiāo)制動(dòng)的方式，回轉(zhuǎn)臺(tái)底座有一個(gè)高度100mm的凸臺(tái)，回轉(zhuǎn)臺(tái)上有一個(gè)150mm的凸臺(tái)，因此如果采用頂升方案，需至少采用行程300mm的千斤頂且需合理布置軸承取出高度以確保軸承與上下凸臺(tái)有足夠的安全距離，這也增加頂升難度。

2 空間規(guī)劃

為了更好地分析大包回轉(zhuǎn)臺(tái)各零部件的空間位置，利用圖紙建立三維模型。由于大包回轉(zhuǎn)體的四個(gè)角部是由兩塊80mm厚的鋼板及加強(qiáng)筋板焊接而成，有足夠的強(qiáng)度，是很好的頂升面。因此通過(guò)回轉(zhuǎn)體四個(gè)角部架設(shè)頂升油缸實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)體及以上零部件的整體頂升。大包回轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)體及以上零部件的總重量約360噸，每個(gè)角部架設(shè)一個(gè)負(fù)載200噸的油缸即可完成頂升。由于回轉(zhuǎn)臺(tái)角部安裝油缸的位置很小，在角部焊接一塊40mm厚的鋼板延伸角部的頂升面積，為提高頂升安全將頂升油缸設(shè)置在角部以?xún)?nèi)，延伸面用于放置剛性支撐塊。設(shè)計(jì)四個(gè)油缸支撐座，支撐座主要由箱體結(jié)構(gòu)和上下面板及加強(qiáng)筋板組成。在回轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)體的四個(gè)角部放置四個(gè)油缸支撐座。經(jīng)空間分析軸承取出位置位于油缸支撐座上表面的下方，因此為了有足夠的位置布置油缸和墊板安裝座，為了方便油缸布置及中間回轉(zhuǎn)軸承的移出空間，適當(dāng)加大油缸支撐座的上面板的尺寸，同時(shí)盡量減小箱體的尺寸。為了使油缸支撐座在現(xiàn)場(chǎng)更準(zhǔn)確快捷地定位，設(shè)計(jì)四塊定位板。利用檢修時(shí)間提前將四塊定位板找平找正，將油缸支撐座安裝到定位板后即可實(shí)現(xiàn)支撐座的自動(dòng)定位。合理設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)軸承移出時(shí)與上下凸臺(tái)及支撐座之間的間隙，油缸的頂升行程為280mm，回轉(zhuǎn)軸承與上凸臺(tái)間隙20mm，與下凸臺(tái)間隙10mm，與支撐座間隙73.5mm，頂升前千斤頂與頂升面的間隙10mm（參見(jiàn)圖1）?；剞D(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)體頂升完成后利用斜墊板保住回轉(zhuǎn)體，利用千斤頂或手拉葫蘆提升回轉(zhuǎn)軸承，然后在軸承下方架設(shè)軌道和滑車(chē)移出軸承（參見(jiàn)圖2）。

圖1 軸承移出空間設(shè)計(jì)

圖2 頂升總圖

3 受力分析

回轉(zhuǎn)體的四個(gè)角部的上表面安裝大包升降臂的球面軸承，有足夠的強(qiáng)度。角部是由上下2塊80mm厚的鋼板組成，2塊鋼板間由2塊50mm厚的筋板連接。角部盡管有足夠的強(qiáng)度但由于面積不大，只能勉強(qiáng)作為油缸頂升面，沒(méi)有足夠的面積放置防止回轉(zhuǎn)臺(tái)降落的剛性支撐塊。為增加頂升工作面積，在回轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)臺(tái)四個(gè)角部焊接1塊600mm×600mm×40mm的鋼板作為頂升延伸面（參見(jiàn)圖3），延伸300mm×600mm的工作面上表面焊接4塊50mm厚的直角加強(qiáng)筋板與回轉(zhuǎn)體2塊80mm厚的鋼板相連，鋼板材質(zhì)為Q345B。為了避免頂升延伸面600mm×600mm×40mm的鋼板與現(xiàn)有的回轉(zhuǎn)體防護(hù)罩相碰擦，將最接近圓心角部鋼板切去一個(gè)角。頂升延伸面與加強(qiáng)筋板提前焊接為整體，頂升延伸面與回轉(zhuǎn)體角部下表面焊接處開(kāi)單面坡口，4塊筋板與角部焊接處開(kāi)雙面坡口，全融透焊接。為降低焊接變形采用氣體保護(hù)焊，焊接時(shí)利用工裝和千斤頂將頂升延伸面與回轉(zhuǎn)體角部下表面貼緊后焊接。

圖3 頂升延伸面

利用有限元軟件對(duì)回轉(zhuǎn)體延伸面受力分析，在延伸面加載200噸載荷，加載面積與頂升油缸的面積相同，回轉(zhuǎn)體延伸面的最大應(yīng)力為270MPa，位于加強(qiáng)筋板處（參見(jiàn)圖4），未超出鋼板的屈服強(qiáng)度。因此延伸面用于作為油缸頂升面也是安全的，但為了確保安全，油缸可以放置在回轉(zhuǎn)臺(tái)角部以?xún)?nèi)（靠近邊緣處），延伸面只用于放置防止回轉(zhuǎn)臺(tái)降落的剛性支撐塊，支撐塊面積較大且有一半位于回轉(zhuǎn)體角部以?xún)?nèi)，因此焊接的延伸面是足夠安全的。

圖4 頂升延伸面受力分析

4 設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)定位

4.1 設(shè)計(jì)

油缸支撐座由支撐座底板、支撐座箱體、支撐座頂板和筋板組成（參見(jiàn)圖5），支撐座是采用40mm厚的Q345鋼板焊接而成的箱體結(jié)構(gòu)，為了實(shí)現(xiàn)增加軸承移出時(shí)與油缸支撐座的距離，適當(dāng)加大支撐座油缸安裝面的面積，上表面面積為1000mm×860mm，上下表面與箱體突出部位用筋板加強(qiáng)。為了增加軸承移出時(shí)與油缸支撐座的間隙，盡量減小箱體結(jié)構(gòu)的寬度，箱體結(jié)構(gòu)的寬度460mm。

圖5 油缸支撐座

每個(gè)支撐座安裝1個(gè)可負(fù)載200噸的液壓頂升油缸，油缸中心位于箱體結(jié)構(gòu)內(nèi)，油缸的頂升高度為300mm。為防止油缸在升降過(guò)程中發(fā)生傾倒的風(fēng)險(xiǎn)，在油缸支撐座的油缸定位處四周焊接3個(gè)油缸限位塊。支撐座上平臺(tái)上油缸旁焊接1個(gè)300mm×500mm的插墊板平臺(tái)，用于放置防止回轉(zhuǎn)臺(tái)降落的剛性支撐板，高度稍低于油缸高度。利用有限元軟件對(duì)支撐座受力分析，加載200噸載荷（已留有足夠的安全系數(shù)），支撐座的最大應(yīng)力為150MPa，未達(dá)到屈服應(yīng)力（參見(jiàn)圖6）。

圖6 油缸支撐座受力分析

4.2 現(xiàn)場(chǎng)定位

為方便油缸支撐座的現(xiàn)場(chǎng)定位，提前在連鑄平臺(tái)安裝4塊厚度為40mm支撐座定位板，定位板外形尺寸與油缸支撐座的底面相同，定位板可以完成油缸支撐座的現(xiàn)場(chǎng)快速定位。定位板根據(jù)前期空間規(guī)劃的位置以回轉(zhuǎn)臺(tái)為中心對(duì)稱(chēng)布置。由于回轉(zhuǎn)臺(tái)中心現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法找到定位基準(zhǔn)，利用北側(cè)中包車(chē)軌道和2流引錠桿車(chē)軌道為基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)定位板的現(xiàn)場(chǎng)定位。查找設(shè)計(jì)圖紙知北側(cè)中包車(chē)軌道距離回轉(zhuǎn)臺(tái)橫向中心5380mm，鑄機(jī)中心線距離回轉(zhuǎn)臺(tái)縱向中心線750mm（參見(jiàn)圖7）?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)以2流內(nèi)側(cè)引錠桿的中心線即是鑄機(jī)中心線，通過(guò)放線可實(shí)現(xiàn)定位板的定位。為了防止油缸支撐座出現(xiàn)傾倒的風(fēng)險(xiǎn)，每塊定位板通過(guò)4個(gè)地腳螺栓與油缸支撐座相連接。定位板現(xiàn)場(chǎng)定位后先確定4個(gè)地腳螺栓的位置后打孔，選用M36地腳螺栓，打Φ44螺栓孔采用植筋膠灌漿，每顆螺栓養(yǎng)護(hù)后可承受約20噸的拉拔力（參見(jiàn)圖8）。螺栓養(yǎng)護(hù)后定位板通過(guò)設(shè)計(jì)的標(biāo)高（上表面距離頂升面2900mm）調(diào)平固定后與平臺(tái)基礎(chǔ)灌漿，灌漿層

圖7 定位板現(xiàn)場(chǎng)定位圖

圖8 地腳螺栓布置圖

厚度約60mm。

5 油缸選擇及現(xiàn)場(chǎng)試頂

回轉(zhuǎn)臺(tái)頂升重量約360噸，每個(gè)角放置一臺(tái)頂升油缸，每個(gè)油缸受力約100噸，選用負(fù)載200噸的頂升油缸即可滿足要求。回轉(zhuǎn)體和底座有凸臺(tái)用于安裝回轉(zhuǎn)制動(dòng)油缸，上凸臺(tái)高度為150mm，下凸臺(tái)高度為100mm，因此至少將回轉(zhuǎn)體頂升250mm 才能將軸承移出，因此選用行程300mm的頂升油缸。頂升過(guò)程平穩(wěn)同步是頂升油缸的選擇重要條件，一但頂升過(guò)程中出現(xiàn)了較大的不同步就有可能造成回轉(zhuǎn)臺(tái)滑移甚至傾倒的風(fēng)險(xiǎn)。為了提升頂升的安全性，選用PLC控制的同步頂升液壓系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)有一臺(tái)控制主機(jī)，4個(gè)外帶位移傳感器的頂升油缸，一臺(tái)小型移動(dòng)泵站及閥臺(tái)組成。每個(gè)油缸由一個(gè)換向閥控制，為實(shí)現(xiàn)同步油缸脈沖式微步運(yùn)動(dòng)，根據(jù)位移傳感器的值通過(guò)換向閥實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)給油量實(shí)現(xiàn)4缸的同步運(yùn)動(dòng)［3］。傳感器的精度為0.05mm，PLC設(shè)置當(dāng)位移偏差報(bào)警值，當(dāng)偏差超過(guò)報(bào)警值時(shí)系統(tǒng)停止頂升，手動(dòng)調(diào)節(jié)后繼續(xù)運(yùn)行。頂升前在板坯庫(kù)利用板坯進(jìn)行頂升演練，板坯數(shù)量20塊呈井字型擺放（參見(jiàn)圖9），重量與回轉(zhuǎn)臺(tái)頂升重量接近。通過(guò)頂升演練熟悉了液壓系統(tǒng)的運(yùn)行，獲得了合理的每次頂升和下降距離和報(bào)警偏差值的參數(shù)，為順利頂升做好了準(zhǔn)備。

圖9 試頂示意圖

6 實(shí)施過(guò)程

梅鋼4＃連鑄機(jī)大包回轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)軸承更換定于2020年12月5日開(kāi)工，施工開(kāi)始前利用平時(shí)檢修時(shí)間已完成大量的頂升輔助工作：頂升延伸面的焊接、定位板的現(xiàn)場(chǎng)定位和灌漿、北側(cè)油缸支撐座提前就位等。整個(gè)回轉(zhuǎn)軸承更換工序多時(shí)間長(zhǎng)，施工方案編制了18個(gè)大工序，工期共5天。盡管工序多檢修任務(wù)重但關(guān)鍵工序是由回轉(zhuǎn)臺(tái)頂升、舊軸承移出、新軸承進(jìn)入、回轉(zhuǎn)臺(tái)下降等組成（參見(jiàn)圖10），這也是梅山煉鋼廠首次嘗試的施工過(guò)程，因此本文著重介紹這些工序。頂升前將油缸支撐座頂升油缸安裝就位，將頂升油缸進(jìn)行預(yù)頂升，頂升壓力設(shè)為5MPa，當(dāng)頂升油缸接觸到頂升面時(shí)系統(tǒng)停止，4個(gè)油缸的位移傳感器數(shù)值調(diào)零。為增加頂升安全性將Φ43導(dǎo)向桿（螺栓孔直徑Φ45，螺栓直徑M42）均勻穿入回轉(zhuǎn)臺(tái)及回轉(zhuǎn)軸承外圈螺栓孔內(nèi)，油缸分步頂升，前面兩次的行程設(shè)為20mm，同步報(bào)警誤差1mm。頂升過(guò)程將順利，PLC畫(huà)面顯示油缸同步偏差約0.2mm，第三次加大頂升行程為100mm，最后一次頂升到目標(biāo)行程280mm，頂升過(guò)程中同步插入厚度20mm的鐵板做為剛性支撐，頂升到位后插入斜墊板保住回轉(zhuǎn)臺(tái)然后停泵，通過(guò)油缸自帶的液壓鎖和油缸旁的剛性支撐塊保住回轉(zhuǎn)臺(tái)。這時(shí)拆除回轉(zhuǎn)軸承內(nèi)圈預(yù)留的連接螺栓，利用千斤頂頂起回轉(zhuǎn)軸承，頂升高度約150mm。軸承頂升后安裝槽鋼軌道及軌道支架（參見(jiàn)圖11），為減少軸承移出摩擦力在軸承與軌道接觸處放置滑車(chē)（參見(jiàn)圖12），將軸承降落到滑車(chē)上，通過(guò)手拉葫蘆將軸承移出后用澆注跨行車(chē)吊走。后面軸承的進(jìn)入和回轉(zhuǎn)臺(tái)的下降與前面步驟類(lèi)似。通過(guò)前期周密方案討論，整個(gè)頂升開(kāi)始到回轉(zhuǎn)臺(tái)下降到位的過(guò)程較為順利，歷時(shí)僅19個(gè)小時(shí)，比預(yù)定時(shí)間提前8個(gè)小時(shí)。

圖10 頂升步驟

圖11 軸承移出支架

圖12 軸承移出滑車(chē)

7 結(jié)論

通過(guò)三維建模及運(yùn)動(dòng)模擬完成對(duì)回轉(zhuǎn)軸承的頂升方案的設(shè)計(jì)，很好地解決了大包回轉(zhuǎn)軸承移出空間狹小的難題。施工前對(duì)施工方案多次討論、完善和演練，使得施工時(shí)間由預(yù)期的5天提前了1.5天順利完成?；剞D(zhuǎn)軸承的整個(gè)更換過(guò)程雖較順利但仍有待改進(jìn)的地方：新的回轉(zhuǎn)軸承移入時(shí)軸承內(nèi)圈與回轉(zhuǎn)體底座的螺栓孔對(duì)中困難，下次將考慮設(shè)計(jì)對(duì)中導(dǎo)向裝置方便螺栓孔對(duì)中。軸承移出的滑車(chē)支架剛性偏弱需做大量的加固措施，滑車(chē)軸承選用負(fù)載偏弱致使滑移過(guò)程中有少數(shù)軸承損壞，下次實(shí)施可適當(dāng)增加滑車(chē)支架剛性和滑車(chē)軸承的承載力。回轉(zhuǎn)臺(tái)頂升和下降時(shí)回轉(zhuǎn)體和回轉(zhuǎn)軸承外圈穿入了約30根導(dǎo)向桿，由于頂升緩慢，導(dǎo)向桿在升降過(guò)程中未起到有效作用，有少部分導(dǎo)向桿卡住，需暫停頂升去除卡出的導(dǎo)向桿，下次實(shí)施時(shí)可考慮減少導(dǎo)向桿數(shù)量。