曲春艷

在冶金軋鋼設(shè)備中，軋輥垂直放置的軋機被稱為立輥軋機。立輥軋機在熱連軋及寬厚板機組中有著廣泛的應(yīng)用。

在熱連軋機組中立輥軋機按所處位置不同分為粗軋立輥軋機和精軋立輥軋機，根據(jù)軋制工藝要求，一般粗軋立輥軋機放置在粗軋機的前面，同粗軋機形成連軋；也有粗軋機前后均帶立輥軋機，如鞍鋼2150 mm熱連軋機組；精軋立輥軋機放置在F1精軋機前面，因壓下量小，又稱輥式導(dǎo)衛(wèi)；在寬厚板機組中，一些大規(guī)格的寬厚板軋機也配備有立輥軋機，一般放置在水平軋機的出口側(cè)，如寧波4300 mm寬厚板軋機，還有一些布置在水平軋機的前面，并且與四輥軋機有一段距離，鋼板的轉(zhuǎn)鋼是在立輥軋機與四輥軋機之間實現(xiàn)的，如武鋼3000 mm中板機組。

早期的立輥軋機一般為電動壓下，只能在軋制前對輥縫進行調(diào)整，軋制過程中不能調(diào)節(jié)輥縫，所生產(chǎn)成品熱帶卷的寬度公差較大，只能降低板坯寬度，難以實現(xiàn)板坯整個長度上的精確寬度控制。為改善軋制過程中的板坯寬度精度，就需要采用全液壓驅(qū)動方式對輥縫進行在線調(diào)整。因此，現(xiàn)代帶鋼熱軋機組大多采用全液壓壓下立輥軋機來實現(xiàn)這一板坯寬度控制功能。

1 概念和用途

1.1 立輥軋機的主要用途

負責調(diào)節(jié)鋼板或帶鋼的寬度規(guī)格，板坯經(jīng)過寬度軋制后，可以防止軋件邊部產(chǎn)生鼓形和裂邊，減少鐮刀彎和切邊量，提高鋼板邊部和頭尾質(zhì)量，并且能調(diào)節(jié)板或帶材的寬度規(guī)格，獲得寬度均勻、邊緣整齊的板帶產(chǎn)品。由于現(xiàn)代軋機的除鱗效果很好，故第一架立輥E1軋機的功能不再以除鱗為主，而是用來改變產(chǎn)品的規(guī)格和控制帶鋼的寬度及坯料的頭尾形狀，提高鋼材的收得率。

此外，還用于將軋件對準軋制中心線。

1.2 寬度控制的重要性

板坯的寬度不均、溫度不均和材質(zhì)不均都將引起帶鋼寬度偏差。精確地控制帶鋼寬度可以減少切邊量，提高帶材收得率，其創(chuàng)造的價值是十分可觀的。由于帶鋼的寬度在精軋區(qū)難以調(diào)整，必須在粗軋區(qū)完成。而要實現(xiàn)寬度自動控制就必須采用全液壓壓下立輥軋機。

下面，將以某鋼廠1250 mm熱連軋機組中的粗軋立輥軋機為例，對全液壓壓下立輥軋機的結(jié)構(gòu)特點和功能用途進行分析。

2 結(jié)構(gòu)特點

（1）該立輥軋機與水平軋機組成萬能軋機進行串列軋制，為精軋機提供中間板坯，主要由立輥機架裝配、軋輥軸承、輥縫調(diào)整裝置、平衡裝置及主傳動裝置等部件組成（見圖1）。

圖1 1250熱連軋機立輥軋機

（2）該立輥軋機的機架采用分體式鑄造結(jié)構(gòu)，由上、下兩部分組成，相互間用四個緊固環(huán)箍成一體，而在前后方向用上、下機架結(jié)合面上的凸臺定位，防止相互錯位。在機架牌坊的頂面安裝有兩個焊接支架支承主減速機，下部通過兩個焊接底座安裝在基礎(chǔ)上。其后面緊貼在水平軋機的牌坊上，兩者之間用鉤子互相勾住，用楔子固定，以承受軋制板坯時在立輥軋機與水平輥軋機之間所產(chǎn)生的作用力。

（3）左、右對稱的兩個軋輥軸承部件懸掛在機架窗口中，軋輥采用簡支梁結(jié)構(gòu)，軸承選用雙列圓錐滾子軸承。軋輥、軸承及軸承座組裝后裝入滑架中隨滑架移動。設(shè)計時考慮備件更換需求，配有獨立的干油潤滑裝置，在與主機干油潤滑管路的接口處采用快換接頭連接。軋輥的輥身形狀為錐形軋輥，即具有一個單輥環(huán)且有一定錐度的軋輥，在立輥下部設(shè)有凸臺。目的是保證側(cè)壓穩(wěn)定，防止板坯向上抬起或彎曲，將板坯兩側(cè)產(chǎn)生的狗骨形凸起擠向板坯中間，防止軋制板坯上移阻礙四輥水平軋機咬入。與以往采用的槽型軋輥相比，該軋輥重量較輕。

（4）縫調(diào)整裝置采用全液壓AWC缸來實現(xiàn)輥縫開口度的調(diào)整，能在軋制中帶鋼壓下以滿足AWC控制需要。該立輥軋機輥縫調(diào)整裝置有四個AWC液壓缸，缸體固定在機架牌坊上，結(jié)構(gòu)簡單而且易于維護。為方便更換，四個AWC液壓缸設(shè)計成一種型式，液壓缸上都裝有位移傳感器，保證軋輥對稱于軋制中心線同步移動。在側(cè)壓AWC液壓缸與軋輥軸承座之間還裝有用來檢測軋制壓力的測壓儀。

（5）該立輥軋機主傳動采用電機上傳動形式，主傳動箱的下方通過支架支承在立輥軋機的牌坊上，后面靠預(yù)緊螺栓與水平軋機牌坊聯(lián)接。兩臺立式交流變頻電機左右對稱布置，分別傳動左右兩側(cè)的一級圓柱齒輪，通過兩側(cè)大齒輪互相嚙合，以實現(xiàn)機械同步。電機分別豎直安裝在立輥主減速機上，電機軸下伸通過鼓形齒聯(lián)軸器與減速機相連，主電機上各裝有一臺光電編碼器，用來控制兩臺電機的速度同步。

立輥的傳動形式可分為下傳動式和上傳動式兩種，如武鋼3000 mm粗軋立輥軋機就屬于下傳動方式。其主傳動裝置和側(cè)壓系統(tǒng)都裝在地平面以下，這樣做的好處是節(jié)省空間，但卻不利于維護和檢查，無法避免氧化鐵皮、水和油污等進入圓柱齒輪箱內(nèi)，加劇齒輪、傳動軸及軸承等磨損，而且將主傳動裝置放置在立輥下面，就需要有較深的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)施工量及造價都較上傳動式有較大增加。

由于上傳動式基本上消除了氧化鐵皮、水和油污對立輥主傳動裝置的影響，大大減輕移動部分的重量，減少了滑道的磨損，降低了側(cè)壓傳動所需電機功率。因此現(xiàn)代熱連軋的立輥軋機大都采用這種上傳動結(jié)構(gòu)形式。

3 機架強度計算

根據(jù)該軋機全液壓壓下方式的特點,對機架的變形和強度進行了有限元分析計算。

3.1 上機架有限元計算

通過計算，我們得到軋機的窗口橫向變形情況，其向上最大變形為0.136 mm，具體位置在機架立柱中央。向下最大變形為0.141 mm，具體位置也是在立柱的中央。所以機架縱向總變形為向上最大變形和向下最大變形之和，即0.277mm（見圖2）。

軋機窗口縱向最大變形為0.129 mm，具體位置在機架橫梁的中間。由于是對稱模型，所以軋機窗口橫向總變形為最大變形的兩倍，即0.258 mm（見圖 3）。

圖2 軋機橫向（y方向）變形圖

圖3 軋機縱向（x方向）變形圖

軋機最大應(yīng)力為39.6 MPa，具體位置在受力處（見圖4）。

由于機架的材料為GS-45N，屈服限為270 MPa，所以算得其安全系數(shù)為6.8，機架滿足使用需要。

3.2 下機架有限元計算

經(jīng)計算得到軋機窗口橫向變形中向上最大變形為0.119 mm，具體位置在機架立柱中央。向下最大變形為0.111 mm，具體位置也是在立柱的中央。所以機架縱向總變形為向上最大變形和向下最大變形之和，即0.230 mm（見圖5）。

軋機窗口縱向最大變形為0.106 mm，具體位置在機架橫梁的中間。由于是對稱模型，所以軋機窗口橫向總變形為最大變形的兩倍，即0.212 mm（見圖 6）。

圖4 軋機Von-mises應(yīng)力圖

圖5 軋機橫向（y方向）變形圖

圖6 軋機縱向（x方向）變形圖

軋機所受最大應(yīng)力為38.3 MPa，具體位置在受力處（見圖7）。

圖7 軋機Von-mises應(yīng)力圖

該機架安全系數(shù)為7.1，同樣滿足使用要求。

4 結(jié)語

近年來設(shè)計的熱連軋立輥軋機基本上都是采用這種全液壓壓下方式，充分證明其在熱帶鋼生產(chǎn)領(lǐng)域具有很強的市場競爭優(yōu)勢。在部分已投產(chǎn)熱連軋項目中，該形式立輥軋機不僅滿足工藝要求，而且設(shè)備本身的運行狀況也都非常好，得到用戶認可。