韓海生 王建東 于雷雷 辛本龍 翟 兵

1.前言

型鋼短應(yīng)力萬能軋機(jī)由4根絲桿連接兩側(cè)上下4件軸承座安裝上下水平輥，立輥裝置分別安裝于機(jī)架兩側(cè)，軋輥軸向豎直方向安裝（如圖1）。單架軋機(jī)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(jī)絲桿結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，本文不做探究。

圖1 軋機(jī)立輥結(jié)構(gòu)示意圖

萬能軋機(jī)立輥裝置分別為傳動(dòng)側(cè)和工作側(cè)兩部分獨(dú)立部件，且兩側(cè)立輥分別固定于軋機(jī)機(jī)架兩側(cè)，共同與軋機(jī)機(jī)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(shí)，需綜合考慮在進(jìn)行軋制作業(yè)時(shí)，受軋制力作用軋機(jī)機(jī)架、連接螺桿等部件對(duì)立輥彈跳的影響。

本文在探究提升萬能軋機(jī)立輥精度時(shí)以日照鋼鐵現(xiàn)有小型鋼產(chǎn)線軋機(jī)為例進(jìn)行分析。利用現(xiàn)有軋機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造，在提升軋機(jī)精度同時(shí)，可大大降低設(shè)備資金的投入。

2.軋機(jī)立輥彈跳的結(jié)構(gòu)分析

2.1 軋機(jī)立輥結(jié)構(gòu)

通過對(duì)立輥應(yīng)力線進(jìn)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(jī)機(jī)架，軋機(jī)機(jī)架通過抗彎矩形變傳遞至M72機(jī)架螺栓，雙側(cè)機(jī)架螺栓共同作用于導(dǎo)衛(wèi)梁形成封閉應(yīng)力線（見圖1）。立輥輥系統(tǒng)受設(shè)備結(jié)構(gòu)的限制，造成了彈跳為裝配間隙?？赏ㄟ^輥系裝配前備件檢查，公差準(zhǔn)確控制，保證裝配間隙。

2.2 螺栓鎖緊力分析

此應(yīng)力線中，多重連接導(dǎo)致軋制力傳遞效率降低。螺栓連接由機(jī)架螺栓和立輥螺栓傳遞連接，軋機(jī)單側(cè)由6套M72機(jī)架螺栓連接和4套M100立輥螺栓連接，參考螺栓緊固標(biāo)準(zhǔn)M72螺栓所需緊固最大扭矩為26783Nm，最大預(yù)緊力為1265KN，M100螺栓所需最大扭矩為75206Nm，最大預(yù)緊力為2558KN。

按螺栓的拆松力矩為鎖緊力矩的1.2～1.5倍計(jì)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(chǎng)實(shí)際受作業(yè)效率及緊固工具限制，測(cè)得現(xiàn)場(chǎng)螺栓的緊固扭矩均在17150±5%之間。因此，機(jī)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(dá)到34.2%，遠(yuǎn)低于螺栓緊固所需的緊固扭矩。

2.3 導(dǎo)衛(wèi)梁的拉伸形變分析

立輥應(yīng)力線內(nèi)，軋機(jī)雙側(cè)立輥共同作用于軋機(jī)機(jī)架中間導(dǎo)衛(wèi)梁上，由軋機(jī)上下位置和出入口四個(gè)位置的圓鋼焊接固定，圓鋼直徑為φ168mm，受雙側(cè)拉力作用及立輥應(yīng)力線的立輥軋制力。由于當(dāng)前國內(nèi)產(chǎn)線型鋼短應(yīng)力軋機(jī)的自動(dòng)化程度相對(duì)較低，無法準(zhǔn)確測(cè)得立輥彈跳值。取日常經(jīng)驗(yàn)值，立輥軋制力在1960KN左右，單支導(dǎo)衛(wèi)梁的受力為490KN。故測(cè)算導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(dǎo)衛(wèi)梁發(fā)生的拉伸形變處于正常條件，對(duì)彈跳值幾乎無影響。

3.立輥應(yīng)力線的探究改造

3.1 軋機(jī)立輥應(yīng)力線原因分析、控制措施及改進(jìn)方向

3.1.1立輥輥系內(nèi)裝配間隙，受結(jié)構(gòu)形式限制，裝配機(jī)構(gòu)無法進(jìn)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(nèi)，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(chǎng)實(shí)際緊固鎖緊力僅能達(dá)到所需緊固扭矩的34.2%，為立輥應(yīng)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(jī)架螺栓的所需緊固扭矩雖然能夠達(dá)到緊固需求，但受立輥應(yīng)力線內(nèi)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(jī)架螺栓完全能夠滿足應(yīng)力線內(nèi)鎖緊力要求。

3.1.4通過測(cè)算得知，導(dǎo)衛(wèi)梁受拉力拉伸形變對(duì)軋機(jī)彈跳值幾乎無影響。

綜上，造成立輥應(yīng)力線內(nèi)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(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)應(yīng)用

為充分保證改造軋機(jī)與原軋機(jī)的通用性，有效降低設(shè)備改造投資，通過分析并結(jié)合現(xiàn)有軋機(jī)結(jié)構(gòu)，在保證軋機(jī)原始外形尺寸情況下，對(duì)軋機(jī)機(jī)架螺栓和立輥螺栓進(jìn)行改進(jìn)。

3.2.1機(jī)架螺栓改造。軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)梁做成中空結(jié)構(gòu)，將軋機(jī)兩側(cè)機(jī)架螺栓改為貫穿機(jī)架的通桿。單側(cè)安裝液壓螺母結(jié)構(gòu)，另一側(cè)安裝防松雙螺母。由螺栓扭矩緊固形式改為液壓螺母預(yù)應(yīng)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(jī)架端改為T型旋轉(zhuǎn)頭，快捷固定于軋機(jī)機(jī)架內(nèi)。

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

F (拉力) = P (設(shè)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(jī)架連接液壓螺母與立輥液壓均為4支分布，即軋機(jī)可實(shí)現(xiàn)498.08KN×4=1992.33 KN的預(yù)緊力。預(yù)緊力＞經(jīng)驗(yàn)值立輥軋制力1960KN，實(shí)現(xiàn)了立輥的應(yīng)力線的精度控制。

對(duì)軋機(jī)完成改造后，在軋機(jī)立輥應(yīng)力線內(nèi)，軋機(jī)機(jī)架貫穿螺桿，完全將軋機(jī)工作側(cè)與傳動(dòng)側(cè)機(jī)架形成整體，立輥液壓螺母將立輥支架與軋機(jī)機(jī)架形成穩(wěn)固整體，并形成預(yù)應(yīng)力，理論上消除了立輥應(yīng)力線內(nèi)因連接件受力，出現(xiàn)塑性形變?cè)斐傻能垯C(jī)彈跳問題。

4.結(jié)論

通過對(duì)軋機(jī)立輥應(yīng)力線內(nèi)設(shè)備受力條件和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)情況分析，針對(duì)軋機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，通過安裝液壓螺母，形成軋機(jī)立輥應(yīng)力線內(nèi)的預(yù)應(yīng)力，提升軋機(jī)的穩(wěn)定性及剛度，實(shí)現(xiàn)軋機(jī)精度的提升。

（1）通過液壓螺母的使用，使立輥支架與軋機(jī)機(jī)架之間的連接形成了預(yù)應(yīng)力，使立輥彈跳的問題得到極大改善，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)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(chǎng)敲擊扳手緊固形式，在完全保證準(zhǔn)確預(yù)緊力的情況下，極大降低了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提升作業(yè)效率。

（3）本次改造僅通過對(duì)軋機(jī)機(jī)架、軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)梁改造，安裝了液壓螺母，就實(shí)現(xiàn)了立輥彈跳值82.5%的提升，其改造部件重量?jī)H占軋機(jī)單重的15%。由此證明，軋機(jī)應(yīng)力線內(nèi)設(shè)備的改造，完全可以用較低的成本改造原軋機(jī)，實(shí)現(xiàn)全線軋機(jī)設(shè)備的升級(jí)。

參考文獻(xiàn)略