白曉東

本鋼特鋼廠 遼寧本溪 117000

為了提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量，本鋼對(duì)特鋼廠大棒作業(yè)區(qū)進(jìn)行了升級(jí)改造，并于2019年6月完成。改造后整條軋制線主要設(shè)備有：1150開坯機(jī)、3架850連軋機(jī)、液壓剪、熱鋸、臺(tái)架、冷床、收集裝置等。主要產(chǎn)品規(guī)格為φ20-φ300圓鋼，年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力達(dá)到80萬噸。

在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)該區(qū)液壓剪剪前立輪經(jīng)常不能轉(zhuǎn)動(dòng)，使鋼材表面被立輪劃傷。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是由于滾動(dòng)軸承因受力過大而損壞，造成立輪滾動(dòng)摩擦失效而變成滑動(dòng)干摩擦。這是該液壓剪剪前立輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)、軸承受力不合理引起的。

為了避免造成熱停事故、以及軋件產(chǎn)生劃道影響產(chǎn)品外形及表面質(zhì)量，本文對(duì)剪前立輪裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)分析、改進(jìn)。使剪前立輪的結(jié)構(gòu)更加合理，減小軸承的受力，同時(shí)增大結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和承載能力。改進(jìn)后的生產(chǎn)實(shí)踐表明，新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不再發(fā)生軸承損壞事故，同時(shí)立輪不再停轉(zhuǎn)造成產(chǎn)品劃傷，從而使生產(chǎn)的產(chǎn)品很好地滿足了客戶的需求。

1 液壓剪前立輪的結(jié)構(gòu)形式及工作原理

液壓剪剪前立輪位于液壓剪前，其作用是將軋件對(duì)準(zhǔn)液壓剪中心線，并使之導(dǎo)入液壓剪進(jìn)行剪切。

該剪前立輪如圖1所示。其裝置由立輪本體和輥道蓋板兩大部分組成。立輪本體由立輪、軸承、端蓋、軸組成；輥道蓋版是焊接框架結(jié)構(gòu)，同時(shí)為立輪提供固定支撐。

圖1 液壓剪前立輪示意圖Fig.1Schematic diagram of hydraulic shear front vertical wheel

工作原理是：軋件通過兩側(cè)雙立輪中間，正確地對(duì)準(zhǔn)將要進(jìn)入的液壓剪。立輪邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊將軋件送入液壓剪。由于軋件與立輪之間形成滾動(dòng)摩擦，可防止軋件出現(xiàn)劃道等鋼材質(zhì)量問題。

但生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)因立輪不轉(zhuǎn)而造成設(shè)備熱停事故。據(jù)特鋼廠調(diào)度室報(bào)表顯示：僅2018年10月14日一天，就累計(jì)熱停4小時(shí)55分；產(chǎn)生的鋼材劃傷共計(jì)600多噸。

2 液壓剪前立輪存在問題及改進(jìn)方案分析

2.1 存在問題

如圖2所示，該立輪為單支撐懸臂結(jié)構(gòu)，懸臂結(jié)構(gòu)受力點(diǎn)到支撐處的力臂為124mm。兩個(gè)球軸承的軸承座鑲嵌在一側(cè)輥道蓋板框架之中，兩個(gè)球軸承的中心距只有67mm。

圖2 改造前剪前立輪斷面圖Fig.2Sectional view of the former shear and vertical wheel

假設(shè)單側(cè)立輪受力為P，那么就在根部產(chǎn)生P*67mm的力矩。該力矩由距離67mm的兩個(gè)球軸承產(chǎn)生反力矩來抵消。假設(shè)一個(gè)球軸承受力為P1，可知P1=（124/67）P=1.85P。

可見，這種單支撐懸臂結(jié)構(gòu)使每個(gè)球軸承所受的力接近于單側(cè)立輪受力P的兩倍。這就能解釋球軸承經(jīng)常損壞的原因[1]。

在軋件與立輪接觸時(shí)，軋制力產(chǎn)生力矩，并將力矩傳遞至雙軸承處，由于雙軸承距離較小，導(dǎo)致軸承受力放大，造成造成損壞、立輪不轉(zhuǎn)，發(fā)生設(shè)備熱停。使軋件產(chǎn)生劃道影響鋼材產(chǎn)品質(zhì)量（見圖4）。對(duì)框架而言，不但受到P力的作用，還同時(shí)受到單支撐軸承座所傳遞的附加力矩，容易引起框架變形。

圖4 鋼材劃傷示意圖Fig.4Schematic diagram of steel scratches

2.2 改進(jìn)方案分析

2.2.1 整體構(gòu)思

為了滿足軋線生產(chǎn)以及縮短檢維修時(shí)間、滿足產(chǎn)品質(zhì)量的要求，設(shè)計(jì)人員考慮采用新的立輪結(jié)構(gòu)。新立輪設(shè)計(jì)改懸臂結(jié)構(gòu)為簡支梁結(jié)構(gòu)，使軸承的受力更加合理；同時(shí)考慮加強(qiáng)立輪零件強(qiáng)度，從而增強(qiáng)了整體強(qiáng)度；還將立輪軸承座設(shè)計(jì)成可拆卸形式，方便檢修；同時(shí)配置了高效的軸承潤滑系統(tǒng)[2]。

2.2.2 立輪結(jié)構(gòu)改進(jìn)及強(qiáng)度設(shè)計(jì)

新設(shè)計(jì)將原立輪單支撐改為雙支撐，變?yōu)閮蓚?cè)支撐座，如圖3所示。對(duì)框架而言，將框架受力P由一處分解為二處，支撐點(diǎn)1受力（87/220）P=0.4P，支撐點(diǎn)2受力（133/220）P=0.6P；框架支點(diǎn)受力減小的同時(shí)還不受附加力矩的作用，有效避免了框架的變形。

圖3 改造后剪前立輪斷面圖Fig.3Sectional view of the modified shear front vertical wheel

分析軸承受力可知，P力正好作用于兩個(gè)軸承中間位置，所以每個(gè)軸承受力為P1=0.5P，比改造前每個(gè)軸承受力1.85P降低了近4倍。

新結(jié)構(gòu)不但減少了立輪和框架的受力，而且加強(qiáng)了立輪等零件強(qiáng)度，使整體剛性大大加強(qiáng)。例如，原立輪輥面直徑130mm，現(xiàn)加大輥面直徑至200mm；原有軸承型號(hào)為深溝球軸承6211，現(xiàn)軸承型號(hào)采用調(diào)心滾子軸承22216E；軸承內(nèi)外徑及厚度從55*100*21改為80*140*33；原支撐軸由φ55加大到φ80（圖5）；為了保證框架在受到軋件傳遞的力時(shí)不變形不彎曲，也對(duì)框架強(qiáng)度進(jìn)行了加強(qiáng)?，F(xiàn)場通過上述改進(jìn)手段，較好地滿足了現(xiàn)場使用要求，如圖6。

圖5 立輪軸示意圖Fig.5Diagram of vertical wheel shaft

圖6 改造后立輪示意圖Fig.6Schematic diagram of the vertical wheel after modification

2.2.3 檢維修設(shè)計(jì)

因?yàn)樵辛⑤嗇S承鑲嵌在輥道蓋板框架內(nèi)，拆卸非常困難。現(xiàn)采用上面支撐座用螺栓固定在輥道框架上，下面支撐座與輥道蓋版框架結(jié)合為一體，軸承鑲嵌在輥面內(nèi)，在發(fā)生軸承損壞或更換立輪情況下，只需拆卸軸承座，將輥面拿出更換軸承即可。

將立輪軸承座設(shè)計(jì)成可拆卸形式，既方便了檢修，又可以用最短的時(shí)間更換備件保證生產(chǎn)順行。

2.2.4 潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了滿足立輪軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)潤滑的需求，在支撐軸上端設(shè)計(jì)有兩個(gè)注油孔。兩個(gè)注油孔分別通向兩端軸承。定期注油可保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，避免發(fā)生因潤滑不佳而產(chǎn)生軸承損壞事故。

3 結(jié)語

特鋼廠通過對(duì)液壓剪剪前立輪的改進(jìn)，有效地提升了軋件表面質(zhì)量，同時(shí)降低了備件及維護(hù)費(fèi)用。只有對(duì)所維護(hù)設(shè)備有更深刻的了解，才能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行大膽的技術(shù)革新，加上一流的管理手段，才能取得更好、更顯著的效果，這也是今后我們在設(shè)備管理和維護(hù)上需要進(jìn)一步努力的方向。