陳高林，祁文華

本文R2 壓下系統(tǒng)的抱閘用于該軋機(jī)五個(gè)道次輥縫設(shè)置。自2006 年初投產(chǎn)以來(lái)，發(fā)現(xiàn)不能鎖緊壓下機(jī)構(gòu)，造成絲桿回松，輥縫平行度發(fā)生異常變化，不能正常生產(chǎn)。為解決該問(wèn)題，從增加制動(dòng)力矩出發(fā)采取加大抱閘制動(dòng)彈簧，增大氣源壓力等措施。改造后，發(fā)現(xiàn)R2 工作側(cè)的壓下抱閘發(fā)生氣囊壓蓋開(kāi)裂事故，導(dǎo)致停機(jī)8 h，在檢查中又發(fā)現(xiàn)其它在線或機(jī)旁的抱閘及抱閘殼體上都有貫穿性裂紋，說(shuō)明其設(shè)計(jì)強(qiáng)度不能滿足使用要求。

1 原抱閘的結(jié)構(gòu)

該抱閘由殼體、后端蓋、皮囊、彈簧、葉輪、摩擦片等組成（見(jiàn)圖1）。

圖1 抱閘結(jié)構(gòu)圖

顯然抱閘本體的強(qiáng)度與殼體的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、氣源壓力有關(guān)，抱緊力與摩擦片數(shù)量、彈簧的壓縮量相關(guān)。

2 存在的問(wèn)題

在使用過(guò)程中，由于壓下絲桿的螺旋角較大，故存在自松現(xiàn)象。而加大彈簧雖然可以增加抱緊力，但打開(kāi)抱閘也需要更高的氣源壓力。由于0.45 MPa 的氣源壓力不能提供足夠的離合力，導(dǎo)致抱閘后端蓋容易斷裂，此外，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的大量粉塵會(huì)降低摩擦片的抱緊力。

如果改變抱閘型號(hào)，則必須重新布置壓下傳動(dòng)系統(tǒng)，故在0.45 MPa 氣源壓力條件下，優(yōu)化現(xiàn)有抱閘結(jié)構(gòu)或選擇同樣安裝尺寸的抱閘是首選方案。

3 抱閘優(yōu)化

對(duì)抱閘的優(yōu)化目標(biāo)是保證具備充足的抱緊力，足夠的強(qiáng)度，在0.45 MPa 氣源壓力下能夠快速開(kāi)閘，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，以及維護(hù)方便。

3.1 抱緊力

（1） 氣源分析

該抱閘型號(hào)為SSM321/45，可產(chǎn)生12.19 kN·m的抱緊力，采用0.45 MPa 的氣壓驅(qū)動(dòng)摩擦片脫離（見(jiàn)圖2）。

圖2 抱閘工作原理圖

經(jīng)過(guò)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)防止R2 自松需要提供15 kN·m 的抱緊力（需要增加23%），為了加大抱緊力需要增大彈簧的剛度，同時(shí)也需要將機(jī)旁氣壓源提高到0.51 MPa 克服增大的彈簧力。但梅鋼公司僅能夠提供0.52～0.55 MPa 穩(wěn)定源頭壓力，最終提供給氣囊的壓力僅0.50～0.52 MPa，開(kāi)閘壓力處于臨界狀態(tài)。

根據(jù)產(chǎn)品目錄，發(fā)現(xiàn)能夠在0.50 MPa 下提供15 kN·m 的抱緊力的抱閘的安裝尺寸與R2 機(jī)架不符，故不具備可行性。而采用臨界氣源壓力正是R2 壓下離合粘黏的主因。

（2） 開(kāi)閘粘黏的處治

針對(duì)開(kāi)閘粘黏現(xiàn)象增加抱緊力的方案有：重新選擇抱閘型號(hào)、增大氣源壓力，或者更改現(xiàn)有抱閘結(jié)構(gòu)等。前兩者需要修改設(shè)備，費(fèi)用較大。因此，第三種方案應(yīng)為首選方案。

由于抱閘的抱緊力與摩擦片數(shù)量及摩擦片的壓力有關(guān)。如果將摩擦片由3 片改為4 片，理論上抱閘的抱緊力將增加33%。此外，還需要改變抱閘殼體材料。

（3） 控制效果

改進(jìn)后，經(jīng)過(guò)離線測(cè)試得到抱緊力15.85 kN·m，在線測(cè)試抱緊力為15.5 kN·m，滿足生產(chǎn)需求。

3.2 殼體斷裂原因及處治方案

（1） 殼體斷裂分析

在2019 年5 月27 日，該抱閘后端蓋開(kāi)裂，造成停產(chǎn)175 min（見(jiàn)圖3）。

圖3 后端蓋開(kāi)裂圖

后繼對(duì)其余3 臺(tái)抱閘探傷，發(fā)現(xiàn)殼體也存在裂紋（見(jiàn)圖4）。

圖4 后端蓋探傷視圖

上述事故的原因正是由于現(xiàn)場(chǎng)采用0.50 MPa以上的壓力源，抱閘后端蓋長(zhǎng)期受額外高壓而斷裂。

（2） 殼體開(kāi)裂的處治方案

①、抱閘殼體改用鍛鋼，增加韌性與抗拉強(qiáng)度。

②、將殼體（包括后端蓋） 的厚度增加12%。

③、將內(nèi)、外花鍵副改為雙模數(shù)，花鍵齒模數(shù)是直徑模數(shù)的兩倍，以增加花鍵齒的強(qiáng)度（見(jiàn)圖5）。

圖5 加工效果圖

（3） 改進(jìn)效果

通過(guò)有限元計(jì)算，改進(jìn)后抱閘強(qiáng)度將增加40%，滿足生產(chǎn)需求。

3.3 防塵設(shè)施優(yōu)化

（1） 粉塵危害

熱連軋產(chǎn)線生產(chǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的氧化粉塵，這些粉塵上升到R2 頂部，冷卻后落在設(shè)備表面。由于抱閘殼體上設(shè)有窺視孔兼散熱口，這些粉塵會(huì)進(jìn)入窺視孔，落在摩擦片表面，不僅導(dǎo)致摩擦力下降，而且使摩擦片發(fā)生歪斜，使彈簧不能垂直壓靠摩擦片，需要定期清理粉塵。

（2） 防塵設(shè)計(jì)

對(duì)此，筆者在殼體外圍包裹一層不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)。根據(jù)粉塵顆粒大小，選擇不同規(guī)格的不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)行試驗(yàn)（見(jiàn)表1）。

表1 過(guò)濾網(wǎng)與粉塵聚集量對(duì)應(yīng)表

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，決定采用100 目的不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)，每2 個(gè)月清理1 次，同時(shí)，增加鉸鏈蓋板以便于點(diǎn)檢摩擦片的使用情況。

（3） 改進(jìn)效果

改進(jìn)后，摩擦片的清理周期由2 周/次延長(zhǎng)至2 月/次，同時(shí)杜絕彈簧歪斜，抱緊力波動(dòng)，開(kāi)閘粘黏等現(xiàn)象。

3.4 摩擦片間隙的標(biāo)定

（1） 存在的問(wèn)題

R2 壓下抱閘還具備以下功能，當(dāng)R2 壓下輥縫設(shè)定到位后快速停止；由于R2 壓下蝸輪蝸桿沒(méi)有自鎖功能，所以抱閘在咬鋼的瞬間起抱緊作用，保證輥縫不變。

抱閘在使用中的回松、打滑、發(fā)熱現(xiàn)象與摩擦片的間隙密切相關(guān)。

（2） 標(biāo)定程序

該抱閘有兩種狀態(tài)：處于閉合狀態(tài)時(shí)彈簧的彈力直接作用在摩擦片上，使主動(dòng)輪與摩擦片之間產(chǎn)生摩擦力，抱閘抱緊；處于分離狀態(tài)時(shí)皮囊進(jìn)氣漲開(kāi)將彈簧壓縮，主動(dòng)輪與摩擦片脫開(kāi)。

閉合力：F1=η×FN

分離力：F＞FN，F(xiàn)=P×A

式中：η—有效系數(shù)，取0.95；FN—正壓力（MPa）；P—進(jìn)氣壓力（MPa）；A—皮囊作用面積（mm2）。

抱閘間隙的調(diào)整步驟：

①、新抱閘上機(jī)前，將抱閘水平放置（見(jiàn)圖6）。

圖6 抱閘水平放置圖示

②、拆除后端蓋和皮囊，彈簧座、彈簧、壓板、摩擦片及葉輪靠自重固定在殼體里。

③、測(cè)量彈簧座與殼體端面間距Y。

④、選取厚度為y=Y-5 mm 的調(diào)整墊片裝入Y間隙內(nèi)，緊固螺釘，使彈簧的壓縮量為5 mm。

⑤、選取適當(dāng)厚度的調(diào)整墊片，安裝皮囊和后端蓋，將Y 值控制在10～12 mm。

調(diào)整后，既可使抱緊力矩達(dá)到最大值，又可以使抱閘徹底分離，避免抱閘發(fā)熱。當(dāng)摩擦片磨損后，只需將調(diào)整墊片減薄即可。該方案比常規(guī)的摩擦片間隙調(diào)整精度提高約50%。

（3） 改進(jìn)效果

經(jīng)過(guò)3 個(gè)月的試驗(yàn)，調(diào)整次數(shù)大大降低，抱閘不再頻繁打滑。

3.5 固化措施

根據(jù)上述成果，最終確定以下改進(jìn)措施：

（1） 抱閘殼體采用鍛鋼，厚度增加12%。

（2） 延長(zhǎng)殼體的長(zhǎng)度30 mm，增加摩擦片的數(shù)量。

（3） 殼體外置100 目的不銹鋼過(guò)濾桶。

（4） 采用新的摩擦片間隙調(diào)整方案。

（5） 采用0.45 MPa 的機(jī)旁穩(wěn)定氣壓。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)改進(jìn)，在不改變氣源壓力及壓下裝置布置的前提下，抱緊力增大，杜絕打開(kāi)抱閘時(shí)的粘黏現(xiàn)象，殼體強(qiáng)度增強(qiáng)，確保抱閘功能實(shí)現(xiàn)。通過(guò)設(shè)置防塵裝置及規(guī)范摩擦片的縫隙調(diào)整工序，延長(zhǎng)摩擦片的使用壽命，維護(hù)更方便。