杜錫林 謝 貽

(中國第二重型機械集團公司，四川 618000)

國內(nèi)某鋼廠950 mm 熱軋生產(chǎn)線R1 快速換輥裝置換輥時，下軋輥裝配與換輥底座中的中間橫梁上鋼板發(fā)生干涉，導(dǎo)致連接中間橫梁與兩側(cè)換輥滑座的壓塊受壓脫落。在查閱相關(guān)資料及圖紙資料進行綜合分析后，發(fā)現(xiàn)干涉是由誤操作引起。針對這一情況，現(xiàn)將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的中間橫梁改為連桿式，同時對目前結(jié)構(gòu)中仍存在安全隱患的滾輪裝配部分進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

1 R1 快速換輥裝置組成

R1 快速換輥裝置由換輥底座、換輥軌道、換輥液壓缸和換輥鉤托架組成，如圖1 所示。換輥底座由操作側(cè)滑座、傳動側(cè)滑座和中間橫梁三部分組成;換輥軌道位于軋機操作側(cè)，整個軌道通過與牌坊和基礎(chǔ)連接實現(xiàn)固定。換輥軌道架為焊接結(jié)構(gòu)件，頂面裝有襯板;液壓缸安裝在換輥軌道外側(cè)，通過地腳螺栓與基礎(chǔ)實現(xiàn)固定;換輥鉤托架通過滾輪落在軌道襯板上，可以隨液壓缸缸頭來回移動。

2 R1 快速換輥裝置工作原理

950 mm 熱軋生產(chǎn)線項目R1 粗軋機為二輥軋機。換輥時，傳動主電機停機后，電氣調(diào)整至換輥狀態(tài)，軋輥作好換輥準備等待換輥液壓缸掛鉤;液壓缸空載運行到液壓缸活塞桿掛鉤位置，人工實現(xiàn)掛鉤，然后將換輥底座向操作側(cè)拉出一定距離后停車，下軋輥裝配下降至換輥底座的四個銷軸上，換輥液壓缸將換輥底座向操作側(cè)繼續(xù)移動一段距離后停車;上軋輥裝配下降至下軋輥軸承座的四個銷軸上，換輥液壓缸將整個軋輥裝配拖至吊換輥位置，由行車完成舊輥系吊出，新輥系吊入;然后換輥液壓缸反向運行，將新輥系送入機架內(nèi)，完成換輥。

圖1 R1 快速換輥裝置結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Schematic drawing of R1 rapid roll changing device structure

3 R1 快速換輥裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.1 干涉原因分析

結(jié)構(gòu)優(yōu)化前先對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉原因進行分析。下軋輥裝配與換輥底座在換輥狀態(tài)時的裝配情況如圖2 所示，干涉位置發(fā)生在X 處。下軋輥裝配在下降與換輥底座進行銷孔配合時，如果軸承座上對應(yīng)配合定位孔沒能準確從銷軸正上方落下，而是偏向傳動側(cè)，并且導(dǎo)致下軋輥裝配沿傳動側(cè)方向向下傾斜，這種情況就會導(dǎo)致操作側(cè)軸承座內(nèi)側(cè)底面與中間橫梁兩側(cè)鋼板頂面發(fā)生干涉，中間橫梁受向下壓力作用，起連接作用的壓塊在壓力作用下，焊縫斷裂，從而導(dǎo)致壓塊脫落，受力示意圖如圖3。

圖2 下軋輥裝配與換輥底座裝配示意圖Figure 2 Schematic drawing of bottom roll assembly and roll changing base frame assembly

圖3 發(fā)生干涉時中間橫梁受力示意圖Figure 3 Schematic drawing of intermediate beam stress when interference

圖4 傳統(tǒng)換輥底座結(jié)構(gòu)型式(左側(cè)俯視圖，右側(cè)底面仰視圖)Figure 4 Traditional roll changing base frame structure type(Left is top view and right is upward view)

3.2 換輥底座優(yōu)化設(shè)計

對換輥底座整體功用進行分析后得出，其中的中間橫梁僅僅起連接操作側(cè)滑座與傳動側(cè)滑座作用。基于這一點，傳統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)顯得過于復(fù)雜，不便于加工制造，更增加了生產(chǎn)制造成本。傳統(tǒng)換輥底座結(jié)構(gòu)型式如圖4，進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計后結(jié)構(gòu)如圖5。

將中間橫梁優(yōu)化為連桿結(jié)構(gòu)時，主要考慮連桿受拉情況。受力分為液壓缸空載至與軋輥掛鉤時的壓力和換輥完畢空載拉回時的拉力?？蛰d至掛鉤時的壓力要大于換輥完畢空載拉回時的拉力。根據(jù)換輥底座重量進行壓力大小計算。液壓缸空載運行至掛鉤位時連桿所受壓力

圖5 結(jié)構(gòu)優(yōu)化后換輥底座結(jié)構(gòu)型式Figure 5 Roll changing base frame structure type after optimization

式中 μ——摩擦系數(shù)，取μ=1.15;

N——換輥底座對軌道產(chǎn)生的正壓力，單位為N，N=12.5 kN;

F——壓力，單位為N。

則F=1 875N

所以，連桿所受力其實很小。所選材料σs=240 MPa，安全系數(shù)取n=3，則許用拉應(yīng)力

連桿截面積A 計算如下

從理論計算來說，連桿截面積不需要太大，經(jīng)綜合考慮相關(guān)件情況，選取連桿截面積為80 mm×30 mm，連接銷軸直徑d=40 mm。

3.3 換輥鉤托架優(yōu)化設(shè)計

換輥鉤托架在換輥過程中起到托起、夾持液壓缸缸頭，并導(dǎo)向穩(wěn)定的作用。

已安裝使用的結(jié)構(gòu)型式如圖6。這種結(jié)構(gòu)滾輪部分存在一定結(jié)構(gòu)的缺陷，滾輪部分采用單套筒，外側(cè)安裝有軸端擋板。外側(cè)安裝軸端擋板外徑與套筒外徑相等，沒有軸向定位，這導(dǎo)致滾輪在運行過程中容易產(chǎn)生軸向竄動，從而導(dǎo)致?lián)Q輥時出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象。

進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化后結(jié)構(gòu)型式如圖7。優(yōu)化后的滾輪裝配部分是在滾輪外側(cè)加工一沉臺便于安裝軸套，這樣可以實現(xiàn)雙軸套安裝，并在軸端擋板作用下實現(xiàn)對滾輪的軸向定位，從而消除滾輪軸向竄動，實現(xiàn)導(dǎo)向穩(wěn)定。

圖6 滾輪裝配結(jié)構(gòu)型式Figure 6 Roller assembly structure type

圖7 結(jié)構(gòu)優(yōu)化后滾輪裝配結(jié)構(gòu)型式Figure 7 Roller assembly structure type after optimization

4 結(jié)束語

從設(shè)備功用上進行分析并優(yōu)化設(shè)計后，換輥裝置結(jié)構(gòu)得到簡化，換輥運行時可以實現(xiàn)導(dǎo)向穩(wěn)定，使整個換輥裝置結(jié)構(gòu)更加完善，完全消除了換輥時下軋輥裝配與換輥底座發(fā)生干涉的現(xiàn)象。

從經(jīng)濟性考慮，原來的中間連接采用鑄鋼件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝程序多、零件重量大。改為連桿后，用普通鋼板直接加工即可獲得，結(jié)構(gòu)工藝性好，用料減少、易加工、易裝配、重量減少1 t，大大降低了制造成本。

［1］黃慶學，肖宏，孫斌煜，等.軋鋼機械設(shè)計.冶金工業(yè)出版社，2007.

［2］劉鴻文，編.材料力學.高等教育出版社，2003.

［3］濮良貴，紀名剛，等.機械設(shè)計.高等教育出版社，2000.