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        棒材線粗軋機下輥徑向調(diào)整機構(gòu)的改進(jìn)

        2017-05-10 08:20:52梁福江
        山東冶金 2017年2期
        關(guān)鍵詞:螺桿式軋輥軋機

        梁福江

        (萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司,山東萊蕪 271104)

        棒材線粗軋機下輥徑向調(diào)整機構(gòu)的改進(jìn)

        梁福江

        (萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司,山東萊蕪 271104)

        針對Φ650 mm三輥單機座閉口牌坊軋機下輥徑向調(diào)整機構(gòu)存在易損壞而難維修、密封性差等問題,對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。在保證工藝參數(shù)要求的基礎(chǔ)上,結(jié)合傳動機構(gòu)工作原理進(jìn)行重新設(shè)計,將下輥徑向調(diào)整機構(gòu)由螺桿式改為縱斜楔式,并進(jìn)行了強度校核。應(yīng)用結(jié)果表明,軋機作業(yè)率由76.62%提高到82.39%。

        閉口牌坊軋機;傳動機構(gòu);下輥徑向調(diào)整機構(gòu);縱斜楔式

        1 前言

        萊鋼棒材廠小型生產(chǎn)線粗軋機為Φ650 mm三輥單機座閉口牌坊軋機。為控制軋件的尺寸精度,必須調(diào)整壓下量并克服軋輥的重磨或重車、換輥及軸承磨損等因素的影響。為保證軋機的軋制標(biāo)高不變及軋制線的平直性,確保軋制順利進(jìn)行,要求上下輥均能進(jìn)行調(diào)整。上輥壓下裝置稱上輥徑向調(diào)整機構(gòu),下輥壓上裝置稱下輥徑向調(diào)整機構(gòu)。由于牌坊兩側(cè)下輥徑向調(diào)整機構(gòu)均單獨調(diào)節(jié),軋輥平衡性不好控制,費時費力,且工作環(huán)境惡劣。水和氧化鐵皮的浸入,使下輥徑向調(diào)整機構(gòu)零件銹蝕,徑向調(diào)整螺桿被卡阻,不易維修,已無法完成下輥徑向調(diào)整的功能,嚴(yán)重影響軋材質(zhì)量和生產(chǎn)作業(yè)率,甚至誘發(fā)斷輥事故,成為制約生產(chǎn)線生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。

        2 存在問題分析

        棒材廠小型生產(chǎn)線粗軋機為Φ650 mm三輥單機座閉口牌坊軋機,改造前下輥徑向調(diào)整機構(gòu)采用螺桿式。通過“人工扳手→萬向聯(lián)軸桿→減速機高速軸→徑調(diào)螺桿→壓塊→下安全臼→軋輥軸承座”完成徑向調(diào)整動作,其裝配形式如圖1所式。

        2.1 螺桿、軸承等易損壞

        徑向調(diào)整螺桿總長1 105 mm,自減速機向外延伸785 mm。軋制時軋輥座及軋輥重力、軋制力等全部由徑向調(diào)整螺母承擔(dān),經(jīng)長期使用,徑向調(diào)整螺母不斷磨損,與徑向調(diào)整螺桿徑向和軸向間隙增大,軋制時螺桿極易產(chǎn)生彎曲,并將螺母承擔(dān)的力向下傳遞到軸承上,造成軸承損壞,齒輪卡死。而且下輥徑向調(diào)整機構(gòu)在機架最底部,陰暗潮濕,氧化鐵皮堆積,一旦損壞根本無法短時間內(nèi)維修更換,如圖2所示。

        圖1 螺桿式下輥徑向調(diào)整機構(gòu)裝配圖

        圖2 軋機下輥徑向調(diào)整機構(gòu)所處工作位置示意圖

        2.2 兩側(cè)無法同步調(diào)節(jié)

        當(dāng)軋機換輥時,每套軋輥重磨程度或重車次數(shù)均有不同,而不同規(guī)格鋼材對孔型參數(shù)要求也各異,加之換輥及軸承磨損等因素。為保證軋機的軋制標(biāo)高不變及軋制線的平直性,控制好軋件的尺寸精度,確保軋制順利進(jìn)行,必須調(diào)整徑向調(diào)整量。而牌坊兩側(cè)的兩個螺桿式下輥徑向調(diào)整機構(gòu)為兩個獨立結(jié)構(gòu),調(diào)節(jié)時必須記下每個的旋轉(zhuǎn)圈數(shù),保證調(diào)節(jié)量一致,確保下輥水平上升或下降,增加了換輥時間和勞動強度。軋機傳動側(cè)有萬向節(jié),若生產(chǎn)時調(diào)節(jié),萬向節(jié)轉(zhuǎn)動,帶來人身安全隱患。

        2.3 密封性差

        原下輥徑向調(diào)整機構(gòu)自上線后因在機架最底部,位置隱蔽,陰暗潮濕,無法點檢維修,只在設(shè)備年修時才能檢查處理。現(xiàn)密封件已嚴(yán)重老化,擋蓋銹蝕,全部損壞,水和氧化鐵皮等雜物進(jìn)入下輥徑向調(diào)整機構(gòu)的螺母和減速機傳動齒輪中,造成齒輪、徑向調(diào)整螺桿銹死和加油孔堵塞。

        2.4 關(guān)鍵設(shè)備無圖紙

        近幾年,生產(chǎn)線打算利用年修改造時間對下輥徑向調(diào)整機構(gòu)進(jìn)行維修、更換??刹殚唸D紙發(fā)現(xiàn),作為下輥徑向調(diào)整機構(gòu)關(guān)鍵設(shè)備的減速機、萬向聯(lián)軸桿只標(biāo)明全為成品,需特殊訂購,卻無任何裝配圖及零件圖,也未注明生產(chǎn)廠家。Φ650 mm三輥軋機因使用時間過久,生產(chǎn)廠家更無從查起,而現(xiàn)場測繪極可能造成尺寸數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,出現(xiàn)備件無法更換或更換后調(diào)節(jié)不便。

        3 改造方案

        考慮到原機構(gòu)已無法維持正常使用,部分備件也無法更換,目前更換軋輥時只能在軸瓦座下墊墊鐵達(dá)到調(diào)整輥縫間隙的目的,制約了產(chǎn)能的提升和質(zhì)量升級,也無法實現(xiàn)在線調(diào)節(jié),且占用較多的換輥時間。針對原機構(gòu)設(shè)計缺陷,結(jié)合傳動機構(gòu)原理進(jìn)行重新設(shè)計,拆除原螺桿式下輥徑向調(diào)整機構(gòu),保留手動調(diào)節(jié)的調(diào)整方式,改為縱斜楔式結(jié)構(gòu)[1],如圖3所示。

        圖3 縱斜楔式下輥徑向調(diào)整機構(gòu)裝配圖

        因有軋機后部輸送輥道阻礙,原下輥徑向調(diào)整機構(gòu)調(diào)節(jié)不便,故去掉萬向聯(lián)軸桿。操作人員站利用扳手便可完成調(diào)節(jié),操作簡單、省時省力。

        考慮原下輥徑向調(diào)整機構(gòu)為兩個獨立結(jié)構(gòu),不能實現(xiàn)同步調(diào)節(jié),增加夾殼聯(lián)軸器連接主動螺桿與從動螺桿,保證了兩側(cè)輥座調(diào)節(jié)量的一致性,時間節(jié)省一半以上,操作人員勞動強度大幅降低。

        拆除原下輥徑向調(diào)整機構(gòu)高110 mm的下安全臼,將高140 mm的新底座固定于原壓蓋上,并在主、從動螺桿之間安裝兩個軸瓦座,保證了兩螺桿的同軸性,便于調(diào)節(jié),提高強度。

        進(jìn)行有效的密封設(shè)計,1用1備,定期更換,吊裝快捷,線下更換密封及清理氧化鐵皮等雜物,不占用有限的換輥時間,設(shè)備作業(yè)率提高,產(chǎn)能提升。

        4 軋制力計算及強度校核

        已知參數(shù):下輥裝配總重G=52.96 kN,軋輥半徑R=250 mm,螺桿材質(zhì)為鍛45,軋件平均寬度bm= 120 mm。許用切應(yīng)力[τ]=30~40 MPa,許用彎曲應(yīng)力[σb]=40~60 MPa,許用應(yīng)力[σ]=128~213 MPa。軋機孔型[2]如圖4所示。

        圖4 Φ650 mm軋機孔型

        1)軋制力P計算。

        式中:pm為平均單位壓力,MPa;b0、b1、bm為軋制前后的軋件寬度和平均寬度,mm,bm=(b0+b1)/2;l為接觸弧長度(即變形區(qū)長度),mm;nσ"為外區(qū)金屬影響系數(shù);nB為寬展對應(yīng)力狀態(tài)的影響系數(shù);n1為與總延伸率有關(guān)的尺寸系數(shù);σ為軋件變形阻力;R、Δh分別為軋輥半徑和絕對壓下量,mm。

        2)徑向調(diào)整螺母螺紋的許用切應(yīng)力校核。對徑向調(diào)整螺母螺紋進(jìn)行受力分析[3],見圖5。

        圖5 螺母上一圈螺紋展開后a-a截面受力分析

        徑向調(diào)整螺母螺紋的切應(yīng)力τ、彎曲應(yīng)力σb計算公式:

        式中:F為螺母軸向載荷,kN;d'為螺母的螺紋大徑,mm;b為螺紋的根部寬度,mm;z為螺母中的螺紋圈數(shù);h為螺紋工作高度,mm。

        計算值τ=29.26 MPa≤[τ],σb=59.30 MPa≤[σb]。

        3)徑向調(diào)整螺桿的強度校核。強度σe計算公式:

        式中:F為螺桿軸向載荷,kN;d1為螺桿上的螺紋小徑,mm;T為人工施加的扳手力矩,kN·mm。

        計算值σe=176.03 MPa≤[σ]。

        通過計算,徑向調(diào)整螺母、徑向調(diào)整螺桿的設(shè)計尺寸完全滿足使用要求,可以實現(xiàn)Φ650 mm軋機下輥的徑向調(diào)整功能。

        4.4 兩種下輥徑向調(diào)整機構(gòu)的技術(shù)特征對比

        由表1可知,改造前后徑向調(diào)整工作行程相差較大。在充分考慮Φ650 mm軋機調(diào)整壓下量、軋輥的重磨或重車、換輥及軸承磨損等因素的影響后,進(jìn)行工作行程極限分析,完全可以保證軋機的軋制標(biāo)高不變及軋制線的平直性,確保軋制順利進(jìn)行。

        表1 兩種下輥徑向調(diào)整機構(gòu)技術(shù)特征對比

        5 更換后使用效果

        Φ650 mm三輥單機座閉口牌坊軋機原來采用的螺桿式徑向調(diào)整機構(gòu),其設(shè)計缺陷在于結(jié)構(gòu)復(fù)雜,兩側(cè)單獨調(diào)節(jié),位置隱蔽,不易維修更換,密封性能不好,水和氧化鐵皮容易浸入,使下輥徑向調(diào)整機構(gòu)零件銹蝕,徑向調(diào)整螺桿被卡阻。將下輥徑向調(diào)整機構(gòu)由螺桿式改為縱斜楔式后,成功消除了上述缺陷,每次下輥調(diào)節(jié)時間由36 min降低到11 min,軋機作業(yè)率由76.62%提高到82.39%,軋制產(chǎn)能由每月2.18萬t增加到2.40萬t。

        [1]范順成,馬志平,馬洛剛.機械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2003.

        [2]李茂基.軋鋼機械[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1998.

        [3]葛志祺.機械零件設(shè)計手冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1994.

        TG333

        B

        1004-4620(2017)02-0075-02

        2016-09-06

        梁福江,男,1983年生,2011年畢業(yè)于遼寧科技大學(xué)冶金工程專業(yè)?,F(xiàn)為萊鋼集團(tuán)設(shè)備檢修中心工程師,主要從事設(shè)備維修與管理工作。

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