徐淑梅，周尚海，王尚作

隨著軋制速度的不斷提高，軋輥更換的間隔時間越來越短。目前，熱帶鋼連軋機粗軋機工作輥一般每隔3～7天更換一次，支承輥每隔15～30天更換一次；精軋機工作輥大約3～8 h更換一次，支承輥大約7～15天更換一次。因為更換周期不同，換輥形式的選擇也不同，因此工作輥和支承輥的更換裝置一般分開布置。由于工作輥的磨損速度比支承輥快，工作輥的更換更頻繁，為了提高工作輥的更換速度，縮短換輥時間，提高生產(chǎn)作業(yè)率，工作輥快速換輥裝置已經(jīng)成為現(xiàn)代軋制生產(chǎn)線上不可缺少的輔助設備。

1 工作輥快速換輥裝置的組成

熱軋帶鋼軋機工作輥快速換輥裝置的形式雖然多種多樣，但都設置在軋機操作側(cè)，主要由新舊工作輥換位機構和工作輥推拉機構兩部分組成。

2 機構特點

2.1 換位機構

換位機構在更換工作輥時主要負責將從機架窗口中拉出的舊輥移開，同時快速將新輥與機架窗口對中，目前應用最普遍的為橫移式，其中最重要的部件為橫移車體。

橫移車體結構分為整體式和分體式兩種。

（1）整體式即橫移車體為整體焊接結構，橫移車體上面設置兩組平行的換輥軌道，用于存放新輥和接收舊輥；橫移車體一端與液壓缸連接，由液壓缸驅(qū)動橫移車體沿軋制線方向移動，完成新舊工作輥換位動作。橫移過程中由橫移車體下部的導輥控制橫移方向。為了減小橫移液壓缸的推拉力，橫移車體下面可安裝滑板，支撐輪安裝在基礎上；也可以設計成在橫移車體下部安裝輪子，基礎上設置軌道的形式。由于四輥軋機工作輥換輥機下部要為更換支承輥留出足夠的空間，所以橫移車體的下部支撐只能布置在地坑兩側(cè)，地坑越寬橫移車體的長度越長，剛度要求也越高，致使重量增大，吊裝困難。為避免在更換支承輥時吊走橫移車體，就要加大車體的橫移距離。如此則橫移車體與軋機內(nèi)工作輥換輥軌道間的固定蓋板也必須加長，增加固定蓋板起吊難度，盡管將固定蓋板改成可升降的蓋板能大大提高自動化程度，但設備結構更加復雜，而且由于升降機構設置在地坑中，使地坑寬度加大，橫移車體的長度也要增加，橫移車體因長度過大導致焊接變形大，增加制造難度（見圖1）。

（2）分體式即橫移車體分成左右兩臺車架，平行于軋制中心線設置，中間用銷連接，車架為鋼板焊接結構件，每一臺車架上部安裝一組換輥軌道用于存放工作輥，其底部安裝有輪子和導向輪，其中一側(cè)車架下部與橫移液壓缸缸頭連接。由于車架間為非剛性連接，要求橫移車體下部的軌道必須是連續(xù)的。更換工作輥時，在橫移缸的帶動下，車架同時沿軋制線方向移動，完成新舊工作輥的位置更換；當更換支承輥時，橫移液壓缸先將左側(cè)車架推至極限位置，待拔出連接銷后，再由橫移液壓缸將右側(cè)車架拉至極限位置，為支承輥換輥留出空間；地坑內(nèi)所設擺動軌道在更換工作輥時供橫移小車移動使用；在更換支承輥時，該軌道旋轉(zhuǎn)90°擺開，讓出支承輥換輥空間。整個擺動軌道裝置分為兩側(cè)固定軌道和中間擺動軌道兩部分，兩側(cè)固定軌道直接把在基礎上，中間擺動軌道架系焊接結構，一端有旋轉(zhuǎn)軸，另一端支撐位置安裝滑板，軌道兩端支架和擺動液壓缸底座均安裝在基礎上，擺動液壓缸與軌道架側(cè)面連接，通過擺動液壓缸伸縮實現(xiàn)軌道的擺動。軌道兩側(cè)均有機械限位和支撐，安全可靠（見圖2）。該橫移車體體積小，重量輕，吊裝方便，成本低，在保證足夠的橫移空間基礎上，可盡量減小橫移車體的中心線與軋制中心線的距離，這樣就可以取消橫移車體與軋機內(nèi)工作輥換輥軌道間的固定蓋板，且橫移車體與軋機內(nèi)工作輥換輥軌道間的換輥軌道可設計成固定式，設備結構得到簡化。更換支承輥時只需吊走橫移車體與軋機內(nèi)工作輥換輥間固定換輥軌道上方的小塊蓋板，取下橫移車體間的連接銷，減少了換輥輔助時間，自動化程度較高。

2.2 推拉機構

推拉機構主要有電動拖車式和液壓缸式兩種。

（1）電動拖車式推拉機構是由電機驅(qū)動，根據(jù)傳動動力的方式不同可分為兩種。一種由鏈輪與鏈條嚙合傳動，鏈條為水平布置，拉力大小受到拖車重量的限制，若車體重量不足，則會使鏈輪滑出鏈條，因此該種換輥拖車一般僅用在熱連軋設備上工作輥重量相對較輕的場合（見圖3）。另一種是由齒輪與齒條嚙合傳動，齒輪、齒條為豎直布置，電機轉(zhuǎn)矩可以通過減速機的輸出齒輪直接作用在齒條上，只要滿足強度要求即可，不需要考慮打滑問題，設備重量降低50%以上，有效降低了成本，此傳動形式的換輥拖車傳動力大，多用于寬厚板軋機工作輥和支承輥的更換（見圖4）。這兩種電動拖車式工作輥推拉機構的換輥鉤都是用電動缸控制，能實現(xiàn)自動摘掛鉤，工作輥直接拉至磨輥間，減少輔助換輥時間，操作方便。

圖1 整體式橫移車體

圖2 分體式橫移車體

圖3 鏈輪與鏈條嚙合傳動電動拖車

圖4 由齒輪與齒條嚙合傳動電動拖車

（2）液壓缸式推拉機構是將液壓缸固定在支座上，活塞桿頭部安裝有換輥鉤，換輥時和下工作輥軸承座上的換輥鉤自動掛鉤，將工作輥拉出和推入機架；由于推拉液壓缸行程較長，為了避免工作時活塞桿因重力變形下垂導致的活塞和活塞桿在運動時行動阻力增加，活塞和活塞桿間的密封磨損加速，在活塞桿前端安裝支撐滾輪。其優(yōu)點是結構簡單，換輥力量大，設備重量輕，投資小；但受液壓缸的壓桿穩(wěn)定性的影響，液壓缸的行程受到限制，一般只能將工作輥拉到橫移車上，如將工作輥拉至磨輥間還需另外配置電動拖車，大大增加了換輥的輔助時間，如用于連軋機上同時更換工作輥則換輥的輔助時間就要增加很多，因此該種形式常用于中板軋機（見圖5）。

圖5 液壓缸推拉式

3 推拉液壓缸的壓桿穩(wěn)定性分析

本文設能夠保持壓桿在微彎狀態(tài)下平衡的最小軸向力為臨界力；壓桿臨界力Fcr與壓桿實際承受的軸向壓力F之比值為壓桿的工作安全系數(shù)n，因其不得小于規(guī)定的穩(wěn)定安全系數(shù)。故有壓桿穩(wěn)定條件

根據(jù)穩(wěn)定性條件可對壓桿穩(wěn)定性進行計算，在工程設計中主要對穩(wěn)定性進行校核。因為一些難以避免的因素（例如，壓桿的長度、約束條件、材料不均勻、壓力偏心以及制作缺陷等）對壓桿穩(wěn)定性的影響遠遠超過對強度的影響，因此通常比強度安全系數(shù)高。

式中，L—壓桿的長度（mm）；m—壓桿的穩(wěn)定系數(shù)；I—壓桿的慣性矩（N·mm2）；E—材料彈性模量（Pa）。

壓桿的臨界應力

式中，A—壓桿的截面面積（mm2）。

引入截面的慣性半徑i，則有

將上式帶入式（3），得

可以看出，壓桿的臨界應力與柔度的平方成反比，壓桿失穩(wěn)一定發(fā)生在最大的截面內(nèi)。

若用λp表示對應于臨界應力等于比例極限σp時的柔度值，則可用判斷能否采用歐拉公式，它只與壓桿的材料E和比例極限σp有關。

從以上分析可以看出滿足λ≥λp時的壓桿稱為細長桿，用歐拉公式來計算壓桿的臨界應力和臨界力；若λs≤λ≤λp（其中的λs表示對應于臨界應力等于屈服強度σs或抗拉強度σb時的柔度值），屬于超過比例極限的壓桿穩(wěn)定問題，有兩種經(jīng)常使用的經(jīng)驗公式：直線公式σcr=a-bλ（a、b是與材料有關的系數(shù)）和拋物線公式 σcr=a1-b1λ2（a1、b1是與材料有關的系數(shù)）；若λs＜λ時為小柔度桿，受壓時主要因為達到屈服極限（塑性材料）或抗拉強度極限（脆性材料）而破壞，即臨界應力σcr=σs（或σb）。

下面以某1250粗軋機工作輥換輥推拉液壓缸為例，對液壓缸杠桿的穩(wěn)定性進行較核。

活塞直徑D=?250 mm，活塞桿直徑d=?180 mm，總行程為9550 mm，活塞桿長度L=10000 mm，活塞桿材料為45鋼，σp=280 MPa，E=210G Pa，工作壓力P=16 MPa，規(guī)定穩(wěn)定安全系數(shù)3。

活塞桿的慣性矩

活塞桿的慣性半徑

由式（4）得活塞桿的臨界應力

則活塞桿的臨界力

再由液壓缸的最大推力

由于安全系數(shù)最小為3，即Fcr≥3F時，活塞桿不失穩(wěn)。

4 結語

更換工作輥是一個復雜的操作過程，在方案設計時，應在滿足用戶要求的基礎上，盡量選擇結構簡單，操作方便，重量輕，自動化程度高的結構形式。此外，在設計過程中應用三維動畫模擬整個換輥過程可以檢查換輥過程中各運動部件與相關設備之間的干涉問題，提高設計質(zhì)量和工作效率。