張海安,王海峰,董喜榮,陳曉楠,高光河
(鞍鋼股份有限公司熱軋帶鋼廠,遼寧 鞍山 114021)
鞍鋼股份有限公司熱軋帶鋼廠2150熱連軋機組承擔(dān)著寬、厚、硬等難軋帶鋼品種的生產(chǎn)任務(wù),設(shè)計年產(chǎn)量500萬t。該產(chǎn)線精軋區(qū)共有6架軋機,其設(shè)備穩(wěn)定性對整條生產(chǎn)線的產(chǎn)量有直接影響[1]。精軋工作輥擋板系統(tǒng)的作用是把上下工作輥鎖在精軋機機架內(nèi),使其在軋鋼過程中不會因軸向力發(fā)生軸向竄動,以保證軋制的穩(wěn)定。在每架軋機上,工作輥擋板系統(tǒng)由操作側(cè)傳動側(cè)上下共8個擋板缸組成,通過液壓驅(qū)動擋板動作。自投產(chǎn)以來,工作側(cè)擋板缸故障率居高不下,造成油品的大量浪費,并且制約工作輥換輥時間及生產(chǎn)節(jié)奏,成為困擾生產(chǎn)的難題。為解決此難題,對造成2150精軋機工作輥擋板缸缺陷的原因進行了分析,制定出有針對性的具體改造方案并加以實施。
2150精軋機操作側(cè)工作輥擋板的關(guān)閉和打開是靠一個雙柱塞液壓缸的往復(fù)運動實現(xiàn)的,每個液壓缸后部安裝一個機械彈簧極限裝置,原工作輥擋板缸結(jié)構(gòu)見圖1。
擋板打開時,尾部柱塞克服彈簧力將機械檢測桿向后頂,觸發(fā)打開位置的金屬檢測極限開關(guān),表明擋板缸打開到位;擋板關(guān)閉時,液壓缸柱塞縮回,彈簧自動復(fù)位,機械檢測桿向前移動,觸動關(guān)閉位置的金屬檢測極限開關(guān),表明擋板缸關(guān)閉到位。
在生產(chǎn)過程中,該套擋板缸裝置經(jīng)常產(chǎn)生設(shè)備故障,主要表現(xiàn)為:后壓蓋密封損壞漏油、前透蓋螺栓斷裂導(dǎo)致液壓油泄漏、前透蓋密封損壞泄漏。經(jīng)常出現(xiàn)工作輥更換時擋板打不開的問題,延長了工作輥更換時間。2011年下半年至2012年上半年,對這些擋板缸發(fā)生的漏油事故頻次和擋板打不開的頻次進行了統(tǒng)計,具體情況見表1。擋板缸故障時泄漏的液壓油量約為2000 L/月,直接經(jīng)濟損失約3萬元/月。
表1 各架軋機擋板缸損壞頻次統(tǒng)計 次
因工作輥擋板缸原設(shè)計為雙柱塞活塞桿,當(dāng)竄輥回零位、擋板打開時,后柱塞桿移動至固定塊圓孔內(nèi)。圓孔直徑為72 mm,活塞桿直徑為70 mm,活塞桿與圓孔配合間隙為2 mm。但實際當(dāng)竄輥回零時,由于回零誤差及各部間隙積累,2個月左右擋板缸柱塞與這個固定塊圓孔之間的位置偏差就能達到6~7 mm,易造成后活塞桿與圓孔邊緣之間出現(xiàn)干涉、刮劃,引起活塞桿表面研傷、變形,進而刮傷密封、刮壞壓蓋密封槽,造成嚴重漏油。當(dāng)泄漏量太大時,就會導(dǎo)致?lián)醢骞δ苁?,影響生產(chǎn)。另外,此部位設(shè)備集成度很高,維修時需拆卸竄輥缸及移動塊,極不方便。這些問題嚴重影響工作輥更換效率,制約2150線達到更高的產(chǎn)量。
為解決此問題,曾將后柱塞桿直徑減小至65 mm,使其與固定塊孔的配合間隙最終達到7 mm,雖有一定效果,但沒有從根本上消除缺陷。進一步?jīng)Q定將原有雙活塞桿設(shè)計改為單活塞桿,并在活塞內(nèi)安裝檢測磁環(huán),改制后的擋板缸結(jié)構(gòu)見圖2。
后壓蓋由透蓋改為悶蓋,并在其上安裝檢測桿。檢測數(shù)據(jù)線由移動塊上新設(shè)計的孔內(nèi)引出,在檢測桿內(nèi)設(shè)有擋板缸打開和關(guān)閉兩個位置的檢測開關(guān),開關(guān)容量24 V DC/0.1 A。帶限位開關(guān)的壓蓋結(jié)構(gòu)見圖3(a);在活塞上安裝了磁鋼,使其與限位開關(guān)配合使用,帶磁鋼的活塞桿結(jié)構(gòu)見圖3(b)。
擋板缸柱塞改成單桿活塞后,關(guān)閉狀態(tài)時的工作載荷增加,為確保現(xiàn)有設(shè)計滿足新要求,對相關(guān)螺栓進行了校核。
壓蓋螺栓的規(guī)格為8.8級M12螺栓,前壓蓋為6顆,而后壓蓋為8顆,液壓缸承受的最大工作壓力為18 MPa,液壓缸柱塞半徑為70 mm。
擋板缸的最大工作載荷為:
通過查詢機械設(shè)計手冊可知:8.8級M12螺栓螺紋應(yīng)力截面積為84.3 mm2,其最小拉力載荷為67 400 N,安全因數(shù)選擇1.3,則前壓蓋螺栓的最小拉力載荷為:
經(jīng)過實際校核驗算,原有的6顆M12螺栓完全可以滿足實際工作載荷要求,不需更改配置。
精軋機操作側(cè)工作輥擋板缸前壓蓋原設(shè)計結(jié)構(gòu)形式如圖4(a)所示。導(dǎo)套、前壓蓋貫穿在一起,擋板鑲嵌在導(dǎo)套內(nèi)。在使用過程中發(fā)現(xiàn),前壓蓋把合螺栓經(jīng)常斷,并且斷口部位大部分都在壓蓋與移動塊的結(jié)合面處,致使前壓蓋密封漏油,造成擋板打開功能失效,影響工作輥更換。
經(jīng)過對故障現(xiàn)象的研究分析,判斷引起螺栓斷裂的原因為:在工作輥上下動作過程中及軋鋼時,外部負載對工作輥擋板導(dǎo)套造成圓周向的旋轉(zhuǎn)力,進而造成擋板缸前壓蓋螺栓被剪切斷。
針對前壓蓋擋板螺栓失效的原因,決定采用單獨固定、功能分開的方案:將擋板缸前壓蓋及導(dǎo)套獨自固定,即將壓蓋直接固定在移動塊擋板缸上,承受軸向力,只是起到液壓缸密封作用。在導(dǎo)套和移動塊配合的圓周上設(shè)計了加強鍵,克服擋板所受的圓周力,同時將加強鍵用螺栓固定在移動塊上,對導(dǎo)套起到軸向固定,克服擋板運動時產(chǎn)生的軸向摩擦力。其結(jié)構(gòu)如圖4(b)所示,這種功能分開的做法,可避免螺栓被切斷導(dǎo)致?lián)醢迨Ъ奥┯汀?/p>
改制后的擋板缸裝置與原有裝置的主要區(qū)別為:前壓蓋7與導(dǎo)套2的固定方式發(fā)生改變,原有設(shè)計用六根螺栓貫穿二者并將其固定在移動塊上,改制后將二者分別固定。前壓蓋7上加工沉頭孔,用螺栓6單獨固定;在導(dǎo)套2與移動塊1上加工三個鍵槽及螺紋孔,用三塊鍵5將導(dǎo)套2固定在移動塊1上,限制其圓周向和軸向自由度。這種變化實質(zhì)上是將擋板的功能與液壓缸功能分開,消除了原有缺陷。
2012年末改造完成后,1年多的生產(chǎn)實踐證明,改進效果良好,主要體現(xiàn)在以下幾個方面:
(1)通過對操作側(cè)工作輥擋板缸位置極限檢測方式缺陷原因分析及技術(shù)改進,彌補了因竄輥歸零不準、誤操作、灰塵顆粒等因素造成的由于缸桿劃傷、密封損壞導(dǎo)致的擋板無法關(guān)閉、液壓油泄漏等缺陷,保證了換輥時間,降低了大量液壓油品消耗及環(huán)境污染,既減少了設(shè)備維護人員的工作量,又提高了生產(chǎn)效率,達到了預(yù)期目標。
(2)通過對擋板缸前壓蓋及導(dǎo)套裝置結(jié)構(gòu)形式的改進,彌補了原結(jié)構(gòu)設(shè)計的不足,使擋板缸工作的可靠性大幅度提高,避免了因前壓蓋螺栓被剪切斷而導(dǎo)致液壓油泄漏、擋板打不開、無法換輥等缺陷,同樣降低了油品消耗,節(jié)約了修復(fù)及維護成本,提高了設(shè)備作業(yè)率。
(3)改造前的擋板缸故障頻次為48次/年,改造后降低為8次/年,而相應(yīng)的因該擋板缸故障所損失的液壓油量由原來的2000 L/月降低為現(xiàn)在的50 L/月,節(jié)省油品所帶來的直接經(jīng)濟效益約36萬元/年。改造前因工作側(cè)擋板缸故障打不開引起的故障頻次是41次/年,改造后一年多再沒有發(fā)生過類似故障。
在對故障原因進行深入分析后,制定了改造方案,對擋板缸的結(jié)構(gòu)形式和位置極限檢測方式從根本上進行了改進,實施后彌補了原有設(shè)計的不足,降低了油品和備件消耗,減少了維護人員的工作量,同時提高了設(shè)備作業(yè)率。
[1] 高光河,張海安.2150 mm精軋機入口導(dǎo)衛(wèi)標高裝置的改進[J].鞍鋼技術(shù),2011(2):59-62.