馬江濤
(大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司,遼寧 大連 116013)
導(dǎo)尺(又稱推床)是中厚板、帶鋼、爐卷等軋制生產(chǎn)線上的重要設(shè)備,常布置于主軋機前后,其作用是將軋件對準(zhǔn)軋制中心線,防止軋件跑偏,為軋件順利通過軋機提供保障。導(dǎo)尺在工作過程中,通過調(diào)整兩側(cè)推板的開口度,來控制不同規(guī)格、不同寬度的軋件與軋制中心線對中,可有效降低軋件兩側(cè)的軋制力偏差,有利于提升產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。
當(dāng)前,國內(nèi)外的主軋機前、后導(dǎo)尺常采用電動和液壓傳動兩種型式。
(1)導(dǎo)尺設(shè)備以電動機為動力,將電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為推桿的直線運動。而電動機輸出的轉(zhuǎn)速經(jīng)過蝸輪蝸桿減速后,再由齒輪齒條傳動時,推板的直線運動速度提升空間有限。由于傳動方式是機械傳動,在對中過程中軋件對導(dǎo)尺設(shè)備沖擊力較大,推板在長期沖擊作用下磨損變形嚴(yán)重,推板與推桿間竄動大,致使兩側(cè)推板對中性能差,或行程控制不當(dāng)導(dǎo)致齒條脫落等現(xiàn)象時有發(fā)生,最終造成設(shè)備故障率高,對工作效率和產(chǎn)線產(chǎn)能帶來不利影響[1-2]。
(2)導(dǎo)尺設(shè)備動力采用液壓傳動,在工作輥道單側(cè)設(shè)置液壓缸,通過液壓缸驅(qū)動并輔助使用支撐輪、導(dǎo)尺、導(dǎo)衛(wèi)梁等部件,并最終由兩側(cè)推板完成軋件的對中軋制。由于夾鋼軋制負(fù)載較大,考慮到主軋機的巨大拉力和液壓缸推板的夾緊力,導(dǎo)尺設(shè)備工作時承受的傾翻載荷較大[3-4],導(dǎo)尺設(shè)備與底座間連接螺母易松動脫落,固定狀態(tài)失穩(wěn)。為安裝檢修方便,用戶要求將導(dǎo)尺底座設(shè)計成整體型式,且地腳螺栓用混凝土澆鑄以增強穩(wěn)定性,后期施工難度大,需將混凝土破壞鑿開,拆卸耗時長。此外,液壓缸活塞桿端靠近熾熱態(tài)軋件,其密封系統(tǒng)高溫下易老化失效,影響使用壽命,且密封系統(tǒng)失效后,易發(fā)生泄油噴油現(xiàn)象,污染設(shè)備和工作環(huán)境,存在安全隱患。
通過對比分析導(dǎo)尺設(shè)備的兩種結(jié)構(gòu)型式,采用液壓傳動作為動力系統(tǒng),將是未來一段時間內(nèi)導(dǎo)尺設(shè)備的首選方案。在提高設(shè)備抗沖擊性、增強工作穩(wěn)定性的前提下,綜合考慮現(xiàn)場環(huán)境和生產(chǎn)實際,從提升工作效率、降低維護(hù)時間、提高設(shè)備安全性能等方面著手,設(shè)計了一種高可靠性軋機用對中導(dǎo)尺設(shè)備,突破產(chǎn)能瓶頸,以滿足熱軋生產(chǎn)線的實際應(yīng)用需求。
本導(dǎo)尺設(shè)備的動力由液壓傳動提供,如圖1所示為主軋機前、后導(dǎo)尺布置示意圖,軋機前導(dǎo)尺、軋機后導(dǎo)尺相對于軋機中心線對稱布置,且分別位于主軋機前、后工作輥道兩側(cè),兩側(cè)可單獨驅(qū)動,每側(cè)均作為一套獨立的單元。
圖1 主軋機前、后導(dǎo)尺布置示意圖
無論是精軋機前導(dǎo)尺,還是精軋機后導(dǎo)尺,在工作輥道的每一側(cè)均設(shè)置兩組液壓缸,推板懸掛固定在兩根推桿上,每根推桿各有一組液壓缸提供驅(qū)動力,推桿位于箱體內(nèi),且通過齒輪齒條機構(gòu)推拉推板以實現(xiàn)兩側(cè)開口度的調(diào)整。單側(cè)兩個箱體之間由連接梁焊接固定以提升抗沖擊性能,左右兩個箱體內(nèi)推桿下部設(shè)計齒輪軸,用一根同步軸連接,可實現(xiàn)兩根推桿的同步運動。液壓缸內(nèi)部均設(shè)有內(nèi)置位移傳感器,用于控制推板的行程,最終完成軋件相對于軋制中心線的對中任務(wù)。
根據(jù)導(dǎo)尺設(shè)備布置型式和實際需求,主要技術(shù)參數(shù)見表1。
表1 導(dǎo)尺設(shè)備的主要性能參數(shù)
2.1.1 技術(shù)難點概述
軋鋼生產(chǎn)線在可逆軋制過程中,導(dǎo)尺用來保證軋件對中軋制中心線后順利通過主軋機。因此,該設(shè)備對軋件的成品質(zhì)量有直接影響。順軋軋制時,軋件由工作輥道傳送至軋機入口側(cè)附近區(qū)域后,工作輥道停止轉(zhuǎn)動,軋機前導(dǎo)尺驅(qū)動兩側(cè)推桿,由推板夾持軋件沿工作輥道中心線滑動,實現(xiàn)軋制對中,再驅(qū)動工作輥道輸送軋件至軋輥完成軋制,待軋件頭部通過軋輥后,精軋后導(dǎo)尺的推板夾持軋件,待軋件尾部完全通過軋輥后,工作輥道停止轉(zhuǎn)動。逆軋軋制時,軋件由工作輥道傳送至軋機出口側(cè)附近區(qū)域后,工作輥道停止轉(zhuǎn)動,軋機后導(dǎo)尺驅(qū)動兩側(cè)推桿帶動推板,夾持軋件進(jìn)行對中操作,此后過程與順軋軋制保持一致。
而實際軋制一段時間后,導(dǎo)尺的推板因受力面磨損程度不均,或推板夾持軋件后,輥道誤操作而轉(zhuǎn)動,致使推板帶載工作。因此,現(xiàn)場作業(yè)時,常存在的問題:
(1)推板受力面磨損后,夾持軋件時,會有一個水平方向的分力,造成地腳聯(lián)接緊固件旋轉(zhuǎn)松動,導(dǎo)尺設(shè)備固定失穩(wěn)。
(2)導(dǎo)尺推板夾持軋件后,輥道誤操作而轉(zhuǎn)動,在水平方向的分力作用下,地腳聯(lián)接緊固件旋轉(zhuǎn)松動,導(dǎo)尺設(shè)備固定失穩(wěn)。
2.1.2 正常軋制條件下的受力分析
軋機前、后導(dǎo)尺是軋件軋制時的重要設(shè)備,軋機前導(dǎo)尺沿軋制方向位于入口側(cè)區(qū)域,軋機后導(dǎo)尺布置在出口側(cè)區(qū)域,軋機前導(dǎo)尺和軋機后導(dǎo)尺共同協(xié)調(diào)動作,完成軋件的多道次可逆軋制。因此,需要對導(dǎo)尺工作時的受力進(jìn)行分析,有助于從根本上解決設(shè)備失穩(wěn)的關(guān)鍵技術(shù)難題。
正常軋制條件下,無論順軋軋制還是逆軋軋制,推板夾持軋件均沿工作輥道中心線方向滑動,推板對軋件的作用力F垂直于軋件,且指向軋制中心線(如圖2a、圖2c所示);相對應(yīng)地,軋件對推板的反作用力F′垂直于軋件,且背離軋制中心線。導(dǎo)尺底座上分布的T形頭地腳螺栓的受力方向F′(與軋件受力方向一致)均為垂直于軋件,且背離軋制中心線(如圖2b、圖2d所示)。
圖2 軋件及導(dǎo)尺底座受力分析圖
2.1.3 極端軋制下的受力分析
根據(jù)導(dǎo)尺工作特點,并結(jié)合作業(yè)工況,實際軋制一段時間后,導(dǎo)尺推板因受力面磨損程度不均,或?qū)С咄瓢鍔A持軋件后,輥道誤操作而轉(zhuǎn)動,其受力狀況又不同于正常軋制狀態(tài):
(1)軋機前導(dǎo)尺(軋機后導(dǎo)尺)的推板因受力面磨損程度不均,如圖3所示,使得開口度尺寸:入口側(cè)>出口側(cè)。順軋時,軋機前導(dǎo)尺(軋機后導(dǎo)尺)的推板已經(jīng)夾持住軋件,但因誤操作致使輥道轉(zhuǎn)動,如圖4所示,使軋件產(chǎn)生向前運動(自左向右)的趨勢,致使推板夾持軋件帶載工作。
圖3 開口度(入口>出口)不等時軋件受力分析圖
圖4 順軋時(輥道誤操作旋轉(zhuǎn))軋件受力分析圖
(2)軋機后導(dǎo)尺(軋機前導(dǎo)尺)的推板因受力面磨損程度不均,如圖5所示,使得開口度尺寸:出口側(cè)>入口側(cè)。逆軋時,軋機后導(dǎo)尺(軋機前導(dǎo)尺)的推板已經(jīng)夾持住軋件,但因誤操作致使輥道轉(zhuǎn)動,如圖6所示,使軋件產(chǎn)生向后運動(自右向左)的趨勢,致使推板夾持軋件帶載工作。
圖5 開口度(出口>入口)不等時軋件受力分析圖
圖6 逆軋時(輥道誤操作旋轉(zhuǎn))軋件受力分析圖
根據(jù)T形頭地腳螺栓的受力分析,掌握其非正常工作狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)趨勢,打破原有T形頭地腳螺栓的單一旋向布置型式,如圖7、圖8所示,將T形頭地腳螺栓的螺紋設(shè)置成左旋、右旋兩種型式,且沿導(dǎo)尺底座呈間隔布置狀態(tài)。
圖8 T形頭螺栓螺紋旋向布置圖(軋機后導(dǎo)尺)
T形頭地腳螺栓按此種布置型式,即便出現(xiàn)推板受力面磨損,或者輥道因誤操作而轉(zhuǎn)動等極端情況,總有50%的T形頭地腳螺栓正常工作來固定導(dǎo)尺設(shè)備,可有效解決非常態(tài)下的緊固件旋轉(zhuǎn)松動、設(shè)備失穩(wěn)等技術(shù)難題,提升導(dǎo)尺設(shè)備的抗沖擊性能。
目前國內(nèi)外以液壓缸作為驅(qū)動裝置的軋機前、后導(dǎo)尺設(shè)備,如圖9所示,通過齒輪齒條機構(gòu)驅(qū)動推桿,以此來帶動推板完成軋件的夾持和對中。但在實際工作時,常存在的問題:
圖9 軋機導(dǎo)尺的液壓缸驅(qū)動工作示意圖(改進(jìn)前)
(1)軋機導(dǎo)尺在最小開口度b位置時,液壓缸處于最大工作行程,推板夾持軋件時,活塞桿伸出過長,箱體重心分布存在較大的傾翻力矩,受力狀態(tài)不穩(wěn)。
(2)液壓缸活塞桿端靠近熾熱軋件,桿端密封系統(tǒng)高溫下易老化失效,發(fā)生泄油噴油現(xiàn)象,污染設(shè)備和工作環(huán)境。泄油噴油一旦觸及熾熱態(tài)軋件,易發(fā)生躥火現(xiàn)象,安全隱患較大。
針對現(xiàn)場實際狀況和安全隱患進(jìn)行技術(shù)改進(jìn),對液壓缸進(jìn)行重新布置,液壓缸活塞桿端遠(yuǎn)離工作輥道,避免了熾熱軋件對液壓缸密封系統(tǒng)的直接烘烤,延長了使用壽命,同時也降低了泄油躥火的安全隱患。改進(jìn)后軋機導(dǎo)尺的液壓缸驅(qū)動工作示意圖如圖10所示。
圖10 軋機導(dǎo)尺的液壓缸驅(qū)動工作示意圖(改進(jìn)后)
通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化后,活塞桿端遠(yuǎn)離工作輥道側(cè),與傳統(tǒng)技術(shù)大相徑庭,當(dāng)軋件處于最小開口度b位置時,活塞桿端處于收縮狀態(tài),伸出長度最小,夾持軋件時受力狀態(tài)最為穩(wěn)定。
軋件處于最大開口度a位置時,活塞桿端處于拉伸狀態(tài),伸出長度最大,整個推桿重心在箱體內(nèi)(與傳統(tǒng)技術(shù)的推桿重心在箱體外對比),沿推桿長度方向的載荷分布更為均勻,不用考慮因重心導(dǎo)致的傾翻力矩,設(shè)備受力較傳統(tǒng)技術(shù)也更為穩(wěn)定。
用戶現(xiàn)場為了方便安裝,經(jīng)常將箱體與導(dǎo)尺底座設(shè)計成整體型式,其地腳螺栓用混凝土澆鑄以增強穩(wěn)定性,但后期拆卸難度加大,需將混凝土破壞性鑿開,維檢時間長。
針對地腳螺栓拆卸難度大,維檢耗時長等難題,將箱體與導(dǎo)尺底座設(shè)計成分體型式,導(dǎo)尺底座上部設(shè)置焊接擋塊,既方便箱體的拆裝吊運,又能增強箱體的抗沖擊性能;箱體與導(dǎo)尺底座之間采用T形頭地腳螺栓聯(lián)接,且導(dǎo)尺底座下方焊接混凝土防護(hù)槽,可將T形頭地腳螺栓與混凝土地基隔開,避免因混凝土結(jié)構(gòu)的破壞性拆除而增加施工難度,大幅提升維檢效率。改進(jìn)后的導(dǎo)尺底座結(jié)構(gòu)如圖11所示。
圖11 導(dǎo)尺底座結(jié)構(gòu)示意圖
T形頭地腳螺栓的安裝步驟:
(1)準(zhǔn)備工作(T形頭地腳螺栓安裝前的布置狀態(tài))。每個長形孔下面設(shè)置兩組小擋塊,沿長形孔的長邊呈對角線布置;混凝土防護(hù)槽焊接在導(dǎo)尺底座的下部,且靠近長形孔區(qū)域。如圖12所示:長形孔的長邊為A,短邊為B,邊角倒圓為R;T形頭地腳螺栓的頭部長度為a,寬度為b;其中:A>a,B>b。
圖12 安裝前的準(zhǔn)備工作
(2)放入T形頭地腳螺栓。將T形頭地腳螺栓對準(zhǔn)長形孔,如圖13所示,輕輕晃動使其頭部接觸防護(hù)槽底部后,松開T形頭地腳螺栓;逐個放入八組T形頭地腳螺栓,此時從T形頭地腳螺栓頂部向下看,切口標(biāo)記線Q水平布置,與長形孔的長邊平行,與長形孔的短邊垂直。
圖13 放入T形頭地腳螺栓
(3)旋轉(zhuǎn)T形頭地腳螺栓。手持T形頭地腳螺栓的螺桿端部,向上提升一定高度,確保T形頭地腳螺栓頭部的上表面,高于小擋塊的下表面;如圖14所示,逐個將T形頭地腳螺栓逆時針旋轉(zhuǎn)90°(順時針旋轉(zhuǎn)時,將被小擋塊卡死),從T形頭地腳螺栓頂部向下看,切口標(biāo)記線Q豎直布置,與長形孔的長邊垂直,與長形孔的短邊平行。
圖14 旋轉(zhuǎn)T形頭地腳螺栓
最后,將箱體吊裝至導(dǎo)尺底座的上方,箱體的底板安裝孔與導(dǎo)尺底座的八組T形頭地腳螺栓分別對正,箱體自T形頭地腳螺栓的螺桿頂部穿過后,落在導(dǎo)尺底座的頂部鋼板上表面,調(diào)整好位置。逐個檢查T形頭地腳螺栓的切口標(biāo)記線Q,確保與長形孔的長邊垂直,與長形孔的短邊平行,將所有的T形頭地腳螺栓用連接緊固件旋緊固定。
(1)對導(dǎo)尺在極端條件下(推板受力面磨損或者輥道因誤操作而轉(zhuǎn)動)的工作狀態(tài)進(jìn)行受力分析,掌握了非正常工作狀態(tài)下,T形頭地腳螺栓的旋轉(zhuǎn)趨勢,將其螺紋設(shè)置成左旋、右旋兩種間隔布置型式,有效解決了緊固件旋轉(zhuǎn)松動、設(shè)備失穩(wěn)等技術(shù)難題,提升導(dǎo)尺設(shè)備的抗沖擊性能。
(2)對液壓缸進(jìn)行重新布置,液壓缸活塞桿端遠(yuǎn)離工作輥道,延長了密封系統(tǒng)的使用壽命,同時也解決了泄油躥火風(fēng)險。液壓缸處于最大工作行程時,推桿重心在箱體內(nèi),其載荷分布更為均勻,消除了箱體傾翻的安全隱患。
(3)箱體與導(dǎo)尺底座采用分體型式,且導(dǎo)尺底座下方的混凝土防護(hù)槽,完全將T形頭地腳螺栓與混凝土地基隔開,降低了施工難度,大幅提升了維檢的工作效率。
新研制的軋機導(dǎo)尺設(shè)備已在國內(nèi)某用戶現(xiàn)場投產(chǎn)兩年多,徹底告別了軋件沖擊力大、設(shè)備故障率高等不良工作環(huán)境。該設(shè)備工作性能穩(wěn)定,抗沖擊性能強、開口度調(diào)整精度高、拆裝檢修效率高,實現(xiàn)了導(dǎo)尺設(shè)備的低速啟動、高速運行、動作平穩(wěn)及開口度精準(zhǔn)限位等性能要求,軋件尺寸控制良好,產(chǎn)品質(zhì)量明顯改觀,是高可靠性的軋機導(dǎo)尺設(shè)備。