芮建權(quán) 章玉 張繼

（1：南京鋼鐵集團(tuán)股份有限公司 江蘇南京 230001；2：泰爾重工股份有限公司安徽馬鞍山 243001；3：巨力索具股份有限公司 河北保定 071000）

1 前言

支撐輥更換在軋鋼生產(chǎn)過(guò)程中是比較頻繁而又非常重要的工作，南鋼爐卷軋機(jī)由奧鋼聯(lián)公司設(shè)計(jì)制造，為單機(jī)架四輥可逆式爐卷軋機(jī)，最大機(jī)架軋制力80000kN，支承輥規(guī)格φ1950／1800×3400mm，更換支撐輥吊裝重量達(dá)到200噸以上，吊裝重量比較大，而且吊裝過(guò)程中，人員需要到2m以上的高空進(jìn)行耳軸插裝和鋼絲繩懸掛作業(yè)，危險(xiǎn)系數(shù)比較大，更換操作時(shí)間比較長(zhǎng)，因此必須對(duì)支撐輥吊裝方式進(jìn)行改造，提高人員操作安全性，降低作業(yè)時(shí)間，才能提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本。

2 原來(lái)支撐輥吊具缺點(diǎn)

在軋鋼使用過(guò)程中，根據(jù)軋輥工藝和輥形匹配要求，每軋制8-10萬(wàn)噸時(shí)，要定期對(duì)支撐輥進(jìn)行更換，將使用后的支撐輥和軸承座整體吊出，將重新磨削裝配好的新支撐輥吊人更換。以前的吊具在支撐輥更換吊裝過(guò)程中，主要存在以下幾方面的問(wèn)題。

（1）人員操作危險(xiǎn)，安全隱患大。在支撐輥吊裝作業(yè)過(guò)程中，將支撐輥從軋機(jī)牌坊里面拉出來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)人員上到2米以上的高空，通過(guò)行車(chē)將耳軸插在支撐輥軸承座的吊裝孔內(nèi)，再將吊具鋼絲繩懸掛在耳軸上，將舊支撐輥吊開(kāi)。吊裝過(guò)程中需要人員在高空與行車(chē)進(jìn)行配合，危險(xiǎn)系數(shù)較大。

（2）勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作不便?，F(xiàn)場(chǎng)操作人員首先將每根4耳軸查在支撐輥軸承座吊裝孔內(nèi)，將舊支撐輥吊開(kāi)。再把4個(gè)耳軸抽出來(lái)，插入新裝配的支撐輥軸承座孔內(nèi)。把新支撐輥吊上換輥平臺(tái)，再將耳軸從新支撐輥軸承座內(nèi)通過(guò)行車(chē)拔出，用換輥小車(chē)把新支撐輥推入軋機(jī)牌坊內(nèi)。

（3）操作更換時(shí)間長(zhǎng)，影響生產(chǎn)。整個(gè)操作過(guò)程復(fù)雜，首先把舊的上支撐輥吊出，將新裝配的支撐輥吊入換輥平臺(tái)，再將支撐輥推入軋機(jī)牌坊，再重新吊入下支撐輥，整個(gè)過(guò)程中需要連續(xù)作業(yè)三個(gè)半小時(shí)以上。

（4）吊具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷大，效率低。當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)采用的是在吊具上懸掛鋼絲繩，軸承座加工耳軸孔，更換支撐輥輥時(shí)插入耳軸，將鋼絲繩懸掛在耳軸上進(jìn)行吊裝，需要操作人員和行車(chē)協(xié)助操作，不能自動(dòng)吊裝，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)奏。

3 專(zhuān)用吊具改造

為了方便操作，降低安全系數(shù)，減少支撐輥更換時(shí)間，實(shí)現(xiàn)支撐輥?zhàn)詣?dòng)吊裝提高操作效率。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工礦條件，對(duì)支撐輥專(zhuān)用吊具進(jìn)行改造。

3.1 吊具改造主要參數(shù)

1）吊具額定載荷：232t

2）吊具使用環(huán)境要求：常溫

3）吊具總體重量：＜30t

3.2 吊具改造方案

根據(jù)現(xiàn)有的設(shè)備條件制定了兩套設(shè)計(jì)改造方案，保持軸承座的尺寸不動(dòng)，利用原先軸承座耳軸圓形孔，將吊具改造成電動(dòng)模式，吊裝前通過(guò)電機(jī)將懸臂打開(kāi)，行車(chē)下落到軸承座吊裝孔位置時(shí)，通過(guò)電機(jī)對(duì)吊鉤進(jìn)行合攏夾緊，進(jìn)行吊裝作業(yè)。把支撐輥吊起轉(zhuǎn)運(yùn)到指定位置后落下吊具，再通過(guò)電機(jī)把吊具內(nèi)的吊鉤移出，完成吊運(yùn)過(guò)程。

其次考慮到吊具現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)保養(yǎng)工作，減少吊具本身故障率。設(shè)計(jì)了機(jī)械式的吊具改造方案，利用吊鉤在重力作用下自動(dòng)旋轉(zhuǎn)方式，將吊鉤懸掛在軸承座孔內(nèi)實(shí)現(xiàn)吊裝作業(yè)。根據(jù)吊鉤尺寸和旋轉(zhuǎn)空間，對(duì)軸承座本體圓形吊裝孔改造加工成方形吊裝孔［1］。吊裝前，吊具先置于支撐輥上方，通過(guò)下落吊具，在降落到軸承座吊裝孔高度位置時(shí)，在重力作用下，內(nèi)部吊鉤自動(dòng)旋轉(zhuǎn)落入軋輥?zhàn)南鄳?yīng)的吊裝內(nèi)，通過(guò)行車(chē)起升吊具，支撐輥被吊起。當(dāng)支撐輥被吊起轉(zhuǎn)運(yùn)到指定的位置后落下吊具，吊具內(nèi)吊鉤自動(dòng)恢復(fù)，移出吊具，完成自動(dòng)吊運(yùn)過(guò)程。如圖1所示。

圖1 機(jī)械結(jié)構(gòu)支撐輥吊具

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析，在保證吊具設(shè)備安全、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)吊裝的前提下，減少吊具設(shè)備本身故障率，機(jī)械結(jié)構(gòu)支撐輥吊具改造費(fèi)用更低，在吊運(yùn)時(shí)吊鉤自動(dòng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行起吊，無(wú)需人為操作，更適合現(xiàn)場(chǎng)使用條件。

4 吊具及支撐輥軸承座改造后強(qiáng)度校核

為了方便操作，首先利用Solidworks的3D模塊繪圖，以stp格式導(dǎo)入ABAQUS軟件進(jìn)行后續(xù)分析。在ABAQUS軟件中建立支撐輥吊具分析計(jì)算模型，以一對(duì)內(nèi)力等效加載到吊具模型中。

4.1 吊具及軸承座的材料主要參數(shù)

具體選用材料：

材料參數(shù)表［2］

4.2 載荷與邊界條件有限元分析

支撐輥吊具計(jì)算：約束吊鉤運(yùn)動(dòng)，并整體施加向下的重力，9.8m／s2。經(jīng)測(cè)試吊臂以下總重約232.8噸，根據(jù)幾何結(jié)構(gòu)，采用四面體單元對(duì)塊體、圓軸等部件進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，并進(jìn)行網(wǎng)格穩(wěn)定和敏感性測(cè)試，最終選擇2cm作為單元網(wǎng)格基本尺寸。在前述計(jì)算輸入條件的基礎(chǔ)上，對(duì)各工況進(jìn)行有限元計(jì)算分析［3］，如圖2所示。

圖2 有限元分析圖

通過(guò)對(duì)各工況模型在給定幾何形狀、材料和邊界載荷條件下的模擬計(jì)算，得到重點(diǎn)關(guān)注位置的計(jì)算應(yīng)力，在規(guī)定的自重載荷作用下，結(jié)構(gòu)計(jì)算最大應(yīng)力均低于屈服強(qiáng)度，有限元分析滿足現(xiàn)場(chǎng)使用性能和安全要求。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況條件，對(duì)支撐輥吊具進(jìn)行優(yōu)化改造，解決了以前結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的缺陷，優(yōu)化了操作步驟，完全實(shí)現(xiàn)支撐輥更換自動(dòng)吊裝作業(yè)。避免人員參與行車(chē)吊運(yùn)工作，提高人員操作安全系數(shù)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，吊裝過(guò)程穩(wěn)定，大大地節(jié)約了支撐輥更換作業(yè)吊裝時(shí)間，每套支撐輥更換可節(jié)約1小時(shí)以上，為安全生產(chǎn)創(chuàng)造更多的效益。