李希寶，崔保偉，周偉光，劉景春

（石橫特鋼集團(tuán)有限公司，山東 肥城 271612）

650T冷剪機(jī)能力分析及擴(kuò)容改造

李希寶，崔保偉，周偉光，劉景春

（石橫特鋼集團(tuán)有限公司，山東 肥城 271612）

本文對(duì)棒材生產(chǎn)線650T冷剪機(jī)設(shè)備剪切能力進(jìn)行了校核計(jì)算，并分析研究了冷剪機(jī)擴(kuò)容改造為850T冷剪機(jī)的施工方案，結(jié)合生產(chǎn)線平臺(tái)基礎(chǔ)條件重新優(yōu)化850T冷剪機(jī)落料口形式，在現(xiàn)有基礎(chǔ)不變的情況下對(duì)冷剪機(jī)進(jìn)行了擴(kuò)容升級(jí)改造。

冷剪機(jī)；擴(kuò)容；基礎(chǔ)

石橫特鋼集團(tuán)有限公司軋鋼廠一棒車間是一條全連軋棒材生產(chǎn)線，軋機(jī)布置型式為平立交替式，共18架軋機(jī)，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為60萬噸，經(jīng)過幾年的設(shè)備改進(jìn)，工藝技術(shù)改進(jìn)及管理創(chuàng)新，目前已經(jīng)具備100萬噸的生產(chǎn)能力，遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)范圍。目前車間生產(chǎn)產(chǎn)品有圓鋼、螺紋、錨桿、精軋螺紋等品種，產(chǎn)品規(guī)格從φ10～50。其中，機(jī)時(shí)產(chǎn)量最大的產(chǎn)品規(guī)格是φ16×3螺紋，機(jī)時(shí)產(chǎn)量最高可達(dá)192.24t/h，冷剪每分鐘的剪切量為3.204t。若剪切9米定尺材，每刀剪切時(shí)間為15.2s，通過計(jì)算得知，每刀剪切根數(shù)不少于46根才能滿足正常生產(chǎn)要求。

生產(chǎn)線原配置的650T冷剪型式為曲柄連桿冷剪，下刀片固定，上刀片升降。

主要參數(shù)為：

剪切力：6370kN；

剪刃寬度：1200mm；

理論剪切次數(shù)：20次/分鐘，實(shí)際剪切次數(shù)為：13次/分鐘；

剪切軋件規(guī)格：φ8mm～φ50mm光面圓鋼及帶肋鋼筋；

剪切軋件材質(zhì)：碳素結(jié)構(gòu)鋼，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，低合金鋼，合金結(jié)構(gòu)鋼；

剪切軋件溫度：0 ～250℃。

若按剪切HRB500Eφ16X3抗震螺紋，每刀剪切46根計(jì)算，鋼材剪切力為：

F剪＝R1·R2·σ·S·n/1000

式中：F剪——剪切力（kN）；

R1——考慮由于刀刃磨鈍、刀片間隙增大而使剪切力提高地系數(shù)，選取1.6；

R2——抗剪與抗拉強(qiáng)度比例系數(shù)，取0.7；

σ——軋件最大抗拉強(qiáng)度，MPa；

S——單根軋件截面積，mm2；

n——剪切根數(shù)；

F剪=1.6×0.7×750×200.96×46/1000＝7765.09kN，已經(jīng)超出650T冷剪的額定剪切力，設(shè)備處于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，各軸瓦溫度為55～65℃，接近報(bào)警跳閘值。地腳螺栓斷裂2根，前面板聯(lián)接螺栓頻繁斷裂，存在安全穩(wěn)定運(yùn)行隱患。而且，對(duì)于生產(chǎn)線進(jìn)一步提升產(chǎn)能，降低能耗來講，冷剪已經(jīng)成為一個(gè)制約瓶頸，因此，擬將650T冷剪機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造為850T冷剪，提高剪切能力。

1 擴(kuò)容改造需要解決的問題及解決措施

1.1 現(xiàn)有基礎(chǔ)載荷能力驗(yàn)算

1.1.1 650T冷剪機(jī)載荷

（1）靜載荷：一般為設(shè)備對(duì)基礎(chǔ)的壓力，近似為設(shè)備重量，650T冷剪機(jī)設(shè)備重量為：60T；即靜載荷約為60T。

（2）動(dòng)載荷：Nd≈μN(yùn)j（粗略計(jì)算）

式中：Nd——?jiǎng)虞d荷；

μ——?jiǎng)虞d荷系數(shù)；

Nj——靜載荷。

根據(jù)設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)，電機(jī)轉(zhuǎn)速：960r/min及齒輪參數(shù)查得：μ約為1.12，

故Nd≈μN(yùn)j≈1.12×60≈67.2T。

1.1.2 改動(dòng)后850T冷剪機(jī)載荷

（1）靜載荷：一般為設(shè)備對(duì)基礎(chǔ)的壓力，近似為設(shè)備重量。

850T冷剪機(jī)設(shè)備重量為：54T，

即靜載荷約為54T。

（2）動(dòng)載荷： Nd≈μN(yùn)j（粗略計(jì)算）。

式中：Nd——?jiǎng)虞d荷；

μ——?jiǎng)虞d荷系數(shù)；

Nj——靜載荷。

根據(jù)設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)，電機(jī)轉(zhuǎn)速：1480r/min及齒輪參數(shù)查得：μ約為1.286

故Nd≈μN(yùn)j≈1.286x54≈69.44T

由以上參數(shù)獲知：現(xiàn)有基礎(chǔ)滿足冷剪機(jī)改動(dòng)后要求。

1.2 落料問題

一棒生產(chǎn)線設(shè)備基礎(chǔ)采用高架型式設(shè)計(jì)的，軋線主體設(shè)備安裝在4.5m平臺(tái)上，稀油站、液壓站、油氣站等輔助設(shè)備安裝在平臺(tái)下的地面上。650T冷剪設(shè)備安裝在主軋跨平臺(tái)上，冷剪基礎(chǔ)與冷床基礎(chǔ)是一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，用混凝土澆筑而成，平臺(tái)下用立柱支撐，冷剪基礎(chǔ)厚度最大處為1750mm。650T冷剪落料口在冷剪操作側(cè)，切頭沿冷剪落料槽從操作側(cè)滑落至平臺(tái)下料斗內(nèi)。按常規(guī)設(shè)計(jì)的850T冷剪的落料口是在冷剪后，沿軋件前進(jìn)方向向前落料，落料槽斜度為40°，冷剪本體落料口寬度1400mm，與650T冷剪的落料口尺寸和位置都不符。如果采用向前落料，則整個(gè)冷剪基礎(chǔ)平臺(tái)要拆除重新澆筑，且要拆除平臺(tái)下液壓站及精整區(qū)域的電纜橋架等，施工作業(yè)區(qū)域大，基礎(chǔ)施工難度大，工期較長(zhǎng)，約停產(chǎn)40天，工程投資大。為了縮短停機(jī)時(shí)間，降低工程投資，需要按目前的基礎(chǔ)現(xiàn)狀重新設(shè)計(jì)操作側(cè)落料型式的850T冷剪。這種型式的850T冷剪在國(guó)內(nèi)沒有，無現(xiàn)成的圖紙，需要進(jìn)行非標(biāo)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程中，要考慮剪刃加長(zhǎng)100mm后，落料口斜度滿足切頭順利滑落的需要，要考慮落料口不能太大，避免影響冷剪本體的強(qiáng)度和剛度。經(jīng)過與冷剪制造廠家的多次交流溝通，實(shí)體模型計(jì)算，最終確定冷剪落料口寬度為500mm，落料口斜度23°，解決了850T冷剪在操作側(cè)落料的問題。

1.3 地腳螺栓埋設(shè)問題

原650T冷剪地腳螺栓與850T冷剪地腳螺栓位置不同，無法滿足850T冷剪安裝需求，需要重新埋設(shè)地腳螺栓。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)條件，經(jīng)過討論驗(yàn)算，決定采用貫通式安裝方法埋設(shè)850冷剪地腳螺栓。用打孔設(shè)備按新冷剪地腳螺栓布置位置鉆孔，將平臺(tái)基礎(chǔ)打透，打孔深度最大為1750mm。850T冷剪地腳螺栓為M64雙頭螺柱，為了最大限度的減少打孔對(duì)基礎(chǔ)的損傷，確定最小打孔直徑為φ80mm。冷剪設(shè)備安裝找正完畢，預(yù)緊地腳螺栓，二次灌漿前，在螺栓與孔壁之間的縫隙內(nèi)灌注錨固植筋膠，該錨固植筋膠起到固定螺栓的作用，并將螺栓與混凝土基礎(chǔ)錨固在一起，大大提高了地腳螺栓的抗拉能力，提高了地腳螺栓的抗震性能，達(dá)到與預(yù)埋地腳螺栓同等效果。如圖1地腳螺栓安裝圖示。

1.4 冷剪本體吊裝問題

一棒車間主軋跨內(nèi)有三臺(tái)橋式起重機(jī)，中間一臺(tái)是10t，兩側(cè)為20/5t各一臺(tái)，單臺(tái)橋式起重機(jī)最大起重量為20t。在改造過程中，冷剪拆解后，最大重量的部件是殼體，重約30t，超出了單臺(tái)起重機(jī)的最大起重量，無法對(duì)冷剪殼體進(jìn)行吊裝作業(yè)。為解決這一問題，設(shè)計(jì)制作了專用吊裝工裝，用主軋跨內(nèi)兩臺(tái)橋式起重機(jī)協(xié)作，共同吊裝冷剪殼體，進(jìn)行舊冷剪拆除和新冷剪設(shè)備安裝作業(yè)，最終解決了超重部件的吊裝問題。

圖1 冷剪地腳螺栓安裝圖

2 實(shí)施效果

此次650T冷剪升級(jí)改造為850T冷剪工作是借助一棒生產(chǎn)線年度設(shè)備項(xiàng)修時(shí)機(jī)實(shí)施的，實(shí)施時(shí)間為2013年11月份。改造后，冷剪設(shè)備各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)正常，稀油壓力為0.3MPa，干油潤(rùn)滑正常，管路暢通，各軸瓦溫度為45～55℃，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。實(shí)際剪切次數(shù)為：13次/分鐘，滿足生產(chǎn)線生產(chǎn)需要，且提高了冷剪設(shè)備的剪切能力，提高了生產(chǎn)節(jié)奏。截至目前，改造后新冷剪已經(jīng)連續(xù)安全運(yùn)轉(zhuǎn)36個(gè)月，此次改造達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，為公司創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語

在此次冷剪設(shè)備改造過程中碰到了很多難題，通過積極探索和研究一一解決了，積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為今后類似設(shè)備改造打下了基礎(chǔ)。通過對(duì)冷剪設(shè)備升級(jí)改造，解決了原冷剪設(shè)備剪切能力不足的問題，消除了設(shè)備存在的安全運(yùn)行隱患。冷剪設(shè)備各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)得以改善，設(shè)備剪切能力得到提高，為生產(chǎn)線提產(chǎn)、降本、增效創(chuàng)造了良好的條件。

[1]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)編著.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.8.

[2]陳國(guó)璋、孫桂林等主編.《起重機(jī)計(jì)算實(shí)例》第一版[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1985.12.

TG333.2+1

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1671-0711（2017）03（上）-0070-02