李子俊，喬東博

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200)

卡羅塞爾卷取機(jī)卸卷故障研究

李子俊，喬東博

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200)

2230酸軋卷取機(jī)在生產(chǎn)過程中多次出現(xiàn)芯軸不能正常卸卷問題。從主給油器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、芯軸膨脹壓力兩方面對該問題進(jìn)行研究，通過優(yōu)化主給油器結(jié)構(gòu)排除了此故障。

卡羅塞爾卷取機(jī)；主給油器；卸卷故障

0 引言

卡羅塞爾卷取機(jī)具有雙卷取的功能，與普通雙通道卷取相比，不僅可以大大減小投資成本和占地面積，而且可以保證卷取質(zhì)量和生產(chǎn)效率，被國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)的連軋機(jī)組廣泛推薦使用。自投產(chǎn)以來，卡羅塞爾卷取機(jī)已出現(xiàn)多次芯軸不能正常收縮卸卷問題，嚴(yán)重影響了機(jī)組的正常運(yùn)行。

1 芯軸無法正常卸卷的原因分析

主給油器損壞是故障發(fā)生的根本原因，導(dǎo)致其功能失效主要有以下兩個原因：

1.1 主給油器可靠性差

主給油器原設(shè)計殼體為鋁合金，旋轉(zhuǎn)軸為普通碳素鋼，采用密封元件全密封結(jié)構(gòu)，如圖1所示。殼體內(nèi)孔采用無密封件安裝溝槽的直通式設(shè)計，密封件兩側(cè)用金屬環(huán)型墊圈保護(hù)后，用彈性孔用擋圈固定在殼體密封部位。

首先，主給油器在使用過程中，密封圈受到較大油壓的軸向沖擊，保護(hù)密封圈的金屬環(huán)形墊圈會被彈性擋圈擠壓出很深的凹痕甚至斷裂。由于殼體采用鋁合金制造，材料強(qiáng)度不足，安裝彈性擋圈的溝槽在軸向沖擊力作用下很容易被擋圈切破，擋圈脫離原來的安裝位置，導(dǎo)致密封圈損壞，造成主給油器泄漏。

其次，主給油器的設(shè)計轉(zhuǎn)速為4 r/min，旋轉(zhuǎn)軸采用普通碳素鋼制造，表面硬度不高。但實(shí)際使用轉(zhuǎn)速有6～8 r/min，造

成旋轉(zhuǎn)軸和密封圈磨損嚴(yán)重，降低了主給油器的使用壽命。

圖1 主給油器結(jié)構(gòu)

1.2 芯軸膨脹壓力過大

芯軸膨脹壓力為14 MPa，造成主給油器密封件在使用過程中受到的油壓沖擊壓力大于其耐壓能力，使得密封件變形失效，主給油器內(nèi)部腔體串油。

2 改進(jìn)措施

2.1 主給油器結(jié)構(gòu)優(yōu)化

原給油器設(shè)計之初無法滿足長期可靠使用，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況作者對該給油器進(jìn)行了重新設(shè)計，如圖2所示。

圖2 新給油器結(jié)構(gòu)

針對主給油器使用過程中沖擊油壓比較大的問題，采用雙重密封的設(shè)計思路。雙重密封就是既采用間隙密封、又采用密封元件密封的方式。這樣設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)：(1)間隙密封可以阻擋油壓的沖擊壓力，避免密封元件受到?jīng)_擊，起到保護(hù)作用，延長密封元件的使用壽命[1-2]；(2)當(dāng)密封元件損壞時，間隙密封依舊可以保證主給油器正常工作，避免由此造成卷取機(jī)無法正常收縮。

摒棄密封圈用擋圈固定的方式，在主給油器殼體內(nèi)孔加工密封圈安裝溝槽，避免密封圈受壓后產(chǎn)生位移，造成密封圈損壞。

將主給油器油孔設(shè)計成進(jìn)口通徑略比內(nèi)腔通徑小的方式。當(dāng)油壓沖擊壓力通過進(jìn)油口進(jìn)入主給油器內(nèi)腔時，放大內(nèi)腔通徑可以釋放部分沖擊壓力，起到保護(hù)主給油器密封件的效果。

2.2 芯軸膨脹壓力優(yōu)化

2.2.1 芯軸技術(shù)參數(shù)

芯軸技術(shù)參數(shù)：

最大卷取張力T=120 kN;

鋼卷最大外徑D=φ2 150 mm，R=1 075 mm;

芯軸正圓直徑d=φ610 mm，r=305 mm;

帶鋼厚度h=0.4～2.5 mm;

帶鋼寬度B=2 080 mm;

脹縮油缸規(guī)格為φ300/φ170×73 mm，傳動效率η=0.85；

脹縮缸工作壓力為14 MPa；

扇形板斜楔角α=10°；

芯軸剛性系數(shù)C=1.6；

最大卷取質(zhì)量為42 t。

2.2.2 帶鋼對芯軸的徑向壓力

自動縮徑芯軸的徑向壓力可按經(jīng)驗公式計算：

(1)

代入公式(1)得：

2.2.3 旋轉(zhuǎn)油缸平衡力

(1)如圖3(a)所示，帶鋼對每一塊扇形板的壓力可用等效力P′表示為：

(2)

如圖3(b)所示，根據(jù)平衡條件得扇形板與斜楔間的作用力N：

(3)

式中：f2為芯軸結(jié)構(gòu)摩擦面間的摩擦因數(shù)(潤滑良好，f2=0.1)。

(4)

(4)脹縮缸活塞軸向力

式中：p0為臨界狀態(tài)下的油壓。

圖3 扇形板和斜楔受力

卷取過程中，F(xiàn)>Q芯軸才能維持正常卷取，得：

40.77p0>2 536.95，即p0>6.223 MPa

綜述，取安全系數(shù)k=1.6，卷取機(jī)芯軸最大負(fù)荷下，所需膨脹壓力為10 MPa。

3 結(jié)論

通過上述措施，卷取機(jī)主給油器在線使用已超過9個月，狀態(tài)良好，達(dá)到了預(yù)定使用周期。不僅使主給油器工作可靠性增加，還極大地降低了備件成本。

【1】李鋒，譚曉軍，拜云山，等.非接觸式間隙密封旋轉(zhuǎn)接頭動力學(xué)建模與分析[J].裝備環(huán)境工程，2015(5):78-82. LI F,TAN X J,BAI Y S,et al.Dynamics Modelling and Analysis of Rotary Joint with Contact-free Clearance Seals[J].Equipment Environmental Engineering,2015(5):78-82.

【2】李強(qiáng)，楊曉京,湯江龍.非接觸式旋轉(zhuǎn)接頭的設(shè)計[J].潤滑與密封，2006(4):150-151. LI Q,YANG X J,TANG J L.The Design of None-touch Circumrotation Tie-in[J].Lubrication Engineering,2006(4):150-151.

【3】黃慶學(xué).軋鋼機(jī)械設(shè)計[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

Study on the Carousel Tension Reel Unloading Fault

LI Zijun,QIAO Dongbo

(Shougang Jing-Tang United Iron & Steel Company Ltd.,Tangshan Hebei 063200,China)

In the production process, the carousel tension reel can’t retracted many times. The problem was analyzed from two aspects: rotary oil feeder structure and tension reel’s expansion pressure. The rotary oil feeder structure was redesigned and the fault was eliminated.

Carousel tension reel; Rotary oil feeder; Coil unloading fault

2016-12-19

李子俊(1982—)，男,碩士研究生,工程師，從事軋鋼機(jī)械設(shè)備管理。E-mail：lizijun983@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.01.018

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1674-1986(2017)01-070-03