摘要：文章通過對型鋼推鋼機導(dǎo)向桿的斷裂原因進行分析，將理論力學(xué)及材料力學(xué)相關(guān)知識應(yīng)用到了生產(chǎn)實際中，找出了導(dǎo)桿斷裂的原因。

關(guān)鍵詞：型鋼推鋼機；導(dǎo)向桿；剪切應(yīng)力；傾翻力矩；導(dǎo)桿斷裂 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TG305 文章編號：1009-2374（2015）23-0081-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.042

1 概述

型鋼推鋼機的作用是將冷鋼坯推入加熱爐進行加熱。推鋼機是軋鋼工序中第一個主體設(shè)備。推鋼機有幾種傳動形式，比較典型的有液壓傳動、齒輪齒條傳動等。型鋼推鋼機采用液壓傳動形式。該設(shè)備是由液壓缸、推頭、導(dǎo)向桿等部件組成。導(dǎo)向桿是為了保證推鋼機前后移動的同軸度。2014年8月23日，推鋼機導(dǎo)桿與推頭連接處斷裂。事后對斷裂原因進行了分析，除了操作方面的原因外，設(shè)計方面也存在著一定的問題。該設(shè)備在設(shè)計時只是考慮了一種布鋼模式，而未充分考慮所有的布鋼模式。因此，在實際運行過程中，有可能出現(xiàn)超過負荷的現(xiàn)象。

2 型鋼推鋼機的相關(guān)參數(shù)

2.1 型鋼推鋼機的工作原理

型鋼推鋼機的簡圖如圖1所示：

由圖1我們可以看出，由液壓缸推動推頭，由推頭將鋼坯向前推動，而后面的鋼坯將前面的鋼坯向前推動，這樣逐級將推力傳遞出去，從而推動了整個加熱爐的鋼坯向前移動。

2.2 加熱爐的布鋼形式

型鋼廠鋼坯規(guī)格為250mm×250mm或250mm×350mm。其加熱爐規(guī)格為8m×28m。加熱溫度為1200℃。

加熱爐的布鋼形式有三種，如圖2所示：

由圖2可以看出，第一種和第三種布鋼形式，1#、2#推鋼機的推頭能夠均勻受力，不會產(chǎn)生傾翻力矩，因而不會使導(dǎo)桿產(chǎn)生剪切應(yīng)力。而第二種布鋼形式則會使推頭單邊與鋼接觸受力，從而產(chǎn)生傾翻力矩，進而使導(dǎo)桿產(chǎn)生剪切應(yīng)力，久而久之，導(dǎo)桿便會斷裂。

2.3 計算前的相關(guān)參數(shù)的確定

3 計算分析

3.1 推鋼機受力分析

如圖3所示，推鋼機在推鋼的過程中，液壓缸對推頭的力為F，鋼坯給推頭一個反作用力，為了讓鋼坯移動，F(xiàn)≥。F與會形成力偶，而為使系統(tǒng)達到平衡，那么該力偶會被別的力偶抵消掉，因此，可以推斷在導(dǎo)向桿的支撐架上會產(chǎn)生作用力、；、，而這些力之間會形成反方向的力偶，從而抵消F與的力偶的作用。而根據(jù)現(xiàn)場斷面的情況來看，導(dǎo)向桿類似于剪切斷面，因而推斷導(dǎo)向桿與推頭接觸處存在著剪切應(yīng)力。另外，從現(xiàn)場觀察來看，在單邊受力的情況下，如果要將鋼推動，推頭會傾斜25°左右，因而液壓缸對推頭的推力F如圖4所示。力F可以分解為、。

3.2 計算前的一些假設(shè)

為了使計算方便，更為了能夠盡快地找出導(dǎo)桿斷裂的主要原因，我們做如下假設(shè)：

由于兩個導(dǎo)桿對稱，假設(shè)其受力完全一樣，==P；==Q。因而推鋼機的受力分析圖可如圖5所示：

3.3 計算參數(shù)

3.4 計算剪切力

雖然通過計算得出剪切應(yīng)力小于剪切許用應(yīng)力，但是實際剪切應(yīng)力值已經(jīng)接近許用應(yīng)力。而且考慮兩邊有可能受力不對稱，另外加上推鋼機的工況及反復(fù)操作等原因，導(dǎo)桿與接推頭接觸的地方反復(fù)產(chǎn)生交變應(yīng)力，也有可能使導(dǎo)桿疲勞斷裂。

4 結(jié)語

通過以上的計算并結(jié)合相關(guān)分析，導(dǎo)桿斷裂的原因是：（1）設(shè)計時未充分考慮到型鋼的布鋼形式，忽略了剪切應(yīng)力對導(dǎo)桿的影響；（2）導(dǎo)桿與推頭結(jié)合處倒角過小，使得應(yīng)力集中。解決方法有：（1）盡量調(diào)整布鋼形式，使推頭兩邊均勻受力，盡量減少由于單邊而產(chǎn)生的剪切應(yīng)力；（2）將導(dǎo)桿與推頭連接件重新加工，增加結(jié)合面的倒角，分散應(yīng)力；（3）重新計算，重新設(shè)計導(dǎo)桿的結(jié)構(gòu)及尺寸，對設(shè)備進行改造。

本文利用理論力學(xué)及材料力學(xué)的原理對推鋼機導(dǎo)桿斷裂原因進行了分析，而為了使計算方便，設(shè)置了一些假設(shè)，并利用了一些估算的方法，使得計算結(jié)果與真實情況略有差異。如果想要得到更為精確的結(jié)果，還是要利用計算機的一些軟件進行模擬、仿真。但是，在精度不是很高的設(shè)備上利用該方法進行分析，對設(shè)備問題進行定性的判斷，這些方法還是很有效果的。

參考文獻

[1] 劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2] 成大先.機械設(shè)計手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993.

作者簡介：馬寧輝（1978-），男，重慶鋼鐵（集團）有限責(zé)任公司工程師，研究方向：機械工程。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）