楊青松 夏麗華 李貴生

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618000)

輥道是軋鋼車間輸送鋼坯的主要設(shè)備，其中接坯輥道用于接送從連鑄車間運(yùn)輸來的坯料。某鋼鐵企業(yè)1780 mm熱軋線接坯輥道在出廠檢測發(fā)現(xiàn)變形過大，可能引起生產(chǎn)過程中輥道在運(yùn)送板坯時工況不穩(wěn)定。這種情況下，容易造成板坯對輥?zhàn)影l(fā)生較大沖擊，降低輥?zhàn)邮褂脡勖桶迮髻|(zhì)量，甚至還會引起輥道底座螺栓逐漸松動，影響正常生產(chǎn)[1]。為解決這一問題，結(jié)合現(xiàn)場施工條件，在接坯輥道下方的基礎(chǔ)上增設(shè)支撐裝置，從而提高輥道自身剛度。

1 接坯輥道工作原理

接坯輥道分布在加熱爐入爐端和出爐端，主要由輥?zhàn)?、輥道架、液壓缸、滾輪、固定支座、電機(jī)等組成，用于接送從連鑄車間運(yùn)輸來的板坯，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

接坯輥道右端通過銷軸鉸接，左端可通過液壓進(jìn)行頂升。工作時，液壓缸動作調(diào)整輥道左端向下傾斜一定角度，使輥道左端支承在固定支座上，待板坯運(yùn)輸?shù)浇优鬏伒雷蠖溯伱嫔虾?，液壓缸再動作帶動滾輪頂升輥道，使輥道面水平，然后運(yùn)送板坯致后面輥道。接坯輥道的部分工藝參數(shù)如下：

輥距：1200 mm

輥?zhàn)訑?shù)量：13個

板坯寬度：800～1650 mm

板坯長度：4500～11000 mm

板坯最大重量：32.56 t

輥道自重：58.5 t

輥道總長：15 320 mm

1—輥?zhàn)?2—輥道架 3—液壓缸 4—滾輪 5—固定支座圖1 接坯輥道結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Configuration of transmission roller table

2 問題分析與改進(jìn)措施

2.1 存在的問題及分析

某鋼鐵企業(yè)1780 mm熱軋線在出廠檢測時，發(fā)現(xiàn)裝配后的所有接坯輥道空載均存在變形過大的情況，最大變形達(dá)到9 mm。技術(shù)規(guī)范中要求的空載輥面驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為±1 mm，后期輥?zhàn)影惭b時，輥道架過大的變形難以通過墊片調(diào)整來補(bǔ)償，從而使輥面標(biāo)高無法達(dá)到驗(yàn)收要求。接坯輥道變形大小主要是由輥道架自身剛度決定，輥道架剛度一般可通過增加鋼板厚度、增加輥道架高度、增設(shè)加強(qiáng)筋等措施來提高，但輥道架已制造完成的情況下，難以通過這些方式來實(shí)現(xiàn)。接坯輥道存在剛度不足的問題會直接影響設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，引起板坯與輥?zhàn)影l(fā)生較大沖擊，造成輥?zhàn)幽p加重，甚至帶來安全隱患。

2.2 優(yōu)化與改進(jìn)措施

解決接坯輥道剛度問題應(yīng)考慮設(shè)備運(yùn)行的所有工況。運(yùn)行過程中，接坯輥道存在傾斜與水平兩種工況，兩種工況均可簡化為一種帶懸臂的簡支梁結(jié)構(gòu)，如圖2所示，B點(diǎn)為鉸接支點(diǎn)，水平工況下A點(diǎn)為液壓支承，傾斜工況下A點(diǎn)為固定支承，接坯輥道變形量最大的位置為兩支撐鉸中心，即圖中C點(diǎn)。但輥道水平工況下的a值較小(水平工況a=1765 mm，傾斜工況a=4320 mm)，中心C處的撓度更大，車間現(xiàn)場檢測空載下的最大變形量為9 mm，所以提出的改進(jìn)措施要優(yōu)先保證水平工況的變形量滿足要求。

圖2 接坯輥道結(jié)構(gòu)簡圖Figure 2 General structure of transmission roller table

接坯輥道變形過大主要是由輥道架剛度不夠造成的，在輥道已經(jīng)制造成型的情況下，難以通過增加板厚或加強(qiáng)筋的方式提高剛度。所以，提出了在中心C點(diǎn)下方直接增設(shè)支撐裝置的方案，在水平與傾斜工況下支撐裝置均施加支承力，但要考慮傾斜工況下支承力不宜過大，避免出現(xiàn)A點(diǎn)與固定支承不接觸的情況。支撐裝置方案如圖3所示，支撐裝置中的緩沖器安裝在基礎(chǔ)上，輪子安裝在輥道架上，輥道水平或傾斜時，輪子均壓緊緩沖器。由于接坯輥道在寬度方向上對稱，故在C點(diǎn)下方設(shè)置兩組支撐裝置。當(dāng)接坯輥道水平時，緩沖器壓縮k1，緩沖力F1；當(dāng)接坯輥道傾斜時，緩沖器壓縮k2，緩沖力F2。

圖3 支撐裝置結(jié)構(gòu)示意圖Figure 3 Configuration of supporting device

根據(jù)接坯輥道結(jié)構(gòu)布置圖2，LBC=5900 mm，輥道傾斜工況角度約1.16°，現(xiàn)計(jì)算輥道水平到傾斜時緩沖器壓縮量變化值d為：

d=k2-k1=LBC·tan1.16°≈120 mm

空載時，接坯輥道僅受自重G，假設(shè)A點(diǎn)支反力FA=0，接坯輥道另一端完全支承在C點(diǎn)上，計(jì)算此處每個緩沖器支反力FC：

考慮支撐裝置只是為了提高輥道剛度，輥道的主要重量依然由支點(diǎn)A、B承受，在滿足條件下盡可能設(shè)置較小的支撐結(jié)構(gòu)。所以，本方案選擇每個緩沖器在輥道水平時壓縮行程為200 mm，靜載荷約110 kN，在輥道傾斜時壓縮行程為320 mm，靜載荷約180 kN。即輥道水平時支撐裝置可提供的支承力為F1=110 kN，輥道傾斜時支撐裝置可提供的支承力為F2=180 kN。

3 有限元仿真校核

3.1 接坯輥道仿真模型

通過分析可知，接坯輥道在水平工況下剛度較弱，故以此工況建立三維模型，運(yùn)用大型有限元軟件Abaqus進(jìn)行剛度與強(qiáng)度仿真分析。仿真計(jì)算時，將輥?zhàn)?、電機(jī)、蓋板、配管等自重均施加在輥道架上，以最大板坯重量作為載荷條件，同時考慮輥道上的板坯存在彎曲現(xiàn)象，加載時，極端情況下輥道中心C處只有兩根輥?zhàn)映惺苷麄€板坯的重量。另外，為提高仿真分析的工作效率，采用半模型進(jìn)行計(jì)算，如圖4所示。

(a)空載時

3.2 有限元仿真結(jié)果

通過仿真計(jì)算得到等效應(yīng)力、應(yīng)變云圖，如圖5～8所示。由結(jié)果可知，接坯輥道最大變形量均發(fā)生在兩輥道中心位置，最大等效應(yīng)力與最大豎向變形見表1。

圖5 空載時等效應(yīng)力云圖Figure 5 Equivalent stress nephogram without load

圖6 空載時豎直方向變形云圖Figure 6 Vertical deformation nephogram without load

圖7 板坯運(yùn)輸時等效應(yīng)力云圖Figure 7 Equivalent stress nephogram in the condition of slab transmission

圖8 板坯運(yùn)輸時豎直方向變形云圖Figure 8 Vertical deformation nephogram in the condition of slab transmission

表1 有限元仿真應(yīng)力與變形極值Table 1 Finite element simulation of stress and deformation extremum

從計(jì)算結(jié)果可以看出，增加支撐裝置對改善接坯輥道剛度有顯著作用，輥道中心最大變形由空載的9 mm減小到2.75 mm，大大降低了輥道架的變形，后期現(xiàn)場安裝時，很容易通過墊片調(diào)整達(dá)到輥面標(biāo)高要求。同時，所有工況下的應(yīng)力水平都控制在材料許用范圍內(nèi)，安全系數(shù)高。

4 結(jié)語

對1780 mm熱軋線接坯輥道在出廠時提出的增設(shè)支撐裝置方案，大大提高了輥道剛度，方便后期通過墊片調(diào)整來滿足輥面標(biāo)高要求；通過有限元仿真計(jì)算對改進(jìn)方案進(jìn)行驗(yàn)證，使產(chǎn)品最終滿足用戶要求。此外，采用支撐裝置方案對以后的接坯輥道設(shè)計(jì)具有一定指導(dǎo)意義。