童 坤，邵 帥，張 建，濮維飛，劉 亮，張 鵬

(1．泰爾重工股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000；2．首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司 熱軋部，河北 唐山 063200)

0 前言

首鋼京唐熱軋1 580 mm平整機(jī)組使用的為地下卷取機(jī)，卷筒為棱錐套N型卷筒。由于設(shè)計(jì)缺陷，漲縮缸部位的防松結(jié)構(gòu)并不成熟，使用過程中連接部位多次出現(xiàn)松脫情況，致使卷筒鉗口板開口變大，無法夾住板帶頭部產(chǎn)生滑卷現(xiàn)象，卷筒無法縮到最小漲徑造成板面劃傷或卡卷，影響了整體生產(chǎn)進(jìn)程，造成停產(chǎn)或廢卷情況。因此，對該結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改造刻不容緩。

1 防松部位的結(jié)構(gòu)與連接方式

1.1 棱錐套N型卷筒的基本結(jié)構(gòu)

棱錐套N型卷筒主要由頭部軸承、延伸軸、鉗口扇形板、夾緊桿、鉗口板、扇形板、固定板、空心軸、拉桿、固定法蘭、活塞桿、外罩、漲縮液壓缸、旋轉(zhuǎn)接頭等組件組成，各組件間的位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 棱錐套N型卷筒

1.2 防松部位的結(jié)構(gòu)組成

該連接部位主要由以下部分構(gòu)成：拉桿(尾部與卷曲機(jī)主軸相連，控制棱錐套)、空心軸(尾部與夾緊桿相連，頭部加工有左旋外螺紋)、外罩(哈呋結(jié)構(gòu)，上半部分開有觀察窗)、空心軸防松組件(由左旋螺母、接頭和右旋螺母組成，接頭的左側(cè)為左旋內(nèi)螺紋，右側(cè)為右旋內(nèi)螺紋)、漲縮缸(漲縮缸內(nèi)有兩組互不干涉的活塞桿組成，它們分別與拉桿和空心軸連接，頭部都加工有右旋外螺紋)，詳細(xì)的位置關(guān)系見圖2。

圖2 防松結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)示意圖

1.3 連接方式與裝配順序

裝配時(shí)，首先將拉桿插入空心軸中，同時(shí)將左旋螺母和右旋螺母二預(yù)裝在相應(yīng)位置(空心軸為階梯軸，其螺紋線未加工到階梯軸部位，活塞桿二為階梯軸，預(yù)裝時(shí)將左旋螺母安裝至螺紋線根部，右旋螺母二安裝至臺階部位)，再將接頭安裝到空心軸上(螺紋旋入到底部即可)，以上工作完成后將拉桿抽出至安裝面外(拉桿軸為階梯軸)，露出階梯位置，將右旋螺母一預(yù)裝至拉桿軸的臺階處，再將拉桿旋入活塞桿一內(nèi)，根據(jù)鉗口板初始狀態(tài)要求調(diào)整拉桿位置，調(diào)整完成后將右旋螺母一回退至與活塞桿一的頭部緊密貼合(使用專用扳手?jǐn)Q緊)，再將拉桿推入空心軸內(nèi)，將接頭旋入活塞桿二內(nèi)，將其余部位裝配完畢后，根據(jù)卷筒的預(yù)設(shè)漲徑要求調(diào)整好安裝位置(使用專用扳手?jǐn)Q緊)。

2 松脫位置及原因分析

該平整機(jī)組的漲縮缸為懸空布置，無支撐物且長期在高轉(zhuǎn)速、大震動量的惡劣工況中運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致漲縮缸連接部位極易發(fā)生松脫。以下對易松脫的兩個(gè)位置進(jìn)行分析。

2.1 拉桿與活塞桿一

拉桿尾部與卷曲機(jī)主軸相連，通過棱錐套控制卷筒的漲縮用以調(diào)整卷筒的大小徑，在使用過程中由于震動導(dǎo)致右旋螺母一松脫，該螺母松脫后，拉桿與活塞桿一連接處失去了徑向限位，此時(shí)拉桿與漲縮缸相連的螺紋結(jié)構(gòu)亦會松脫，受制于拉桿的螺紋總長有限，當(dāng)右旋螺母一松脫到極限位置時(shí)即會停止松脫，此時(shí)拉桿與脹縮缸的相對位置達(dá)到最大狀態(tài)，即拉桿的工作長度發(fā)生了變化，在該狀態(tài)下，卷筒無法達(dá)到預(yù)設(shè)的外徑范圍，缸體行程達(dá)到最大時(shí)可使扇形板達(dá)到最大行程，即卷筒達(dá)到最大漲徑，但缸體行程最小時(shí)，扇形板無法達(dá)到最小行程，即卷筒無法達(dá)到最小漲徑。在該狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的卷筒，則會導(dǎo)致出卷時(shí)鋼卷內(nèi)壁產(chǎn)生劃痕(未完全松脫到極限位置)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致鋼卷與卷筒卡死，拉缸與活塞桿一的初始狀態(tài)與松脫狀態(tài)下的組件位置關(guān)系如圖3所示。

圖3 拉桿與活塞桿一初始狀態(tài)與松脫狀態(tài)對比

2.2 空心軸與活塞桿二

空心軸尾部與夾緊桿連接在一起，夾緊桿與扇形板通過斜楔滑動連接，通過斜楔控制鉗口的張合用以夾緊板帶的頭部，在使用過程中由于震動導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)出現(xiàn)以下幾種松脫方式。

2.2.1 左旋螺母、空心軸與接頭(左旋螺母松脫)

左旋螺母、空心軸、接頭左半部分皆為左旋螺紋，當(dāng)左旋螺母松脫時(shí)，該連接結(jié)構(gòu)失去徑向限位，由于接頭右半部分為右旋，接頭會整體向遠(yuǎn)離左旋螺母側(cè)松脫，空心軸亦與接頭松脫開，受制于空心軸的螺紋總長有限，當(dāng)左旋螺母松脫到極限位置時(shí)即會停止松脫，此時(shí)空心軸與脹縮缸的相對位置達(dá)到最大狀態(tài)，即空心軸的工作長度發(fā)生了變化，斜楔無法達(dá)到預(yù)設(shè)的行程范圍，即鉗口板的初始間隙狀態(tài)變大，導(dǎo)致鉗口無法夾緊，此時(shí)各組件間的位置關(guān)系如圖4(b)所示。在該狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的卷筒會導(dǎo)致滑卷，需手動多次操作助卷輥才能使板帶卡入鉗口內(nèi)，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致無法夾緊造成無法成卷。

圖4 空心軸與活塞桿二初始狀態(tài)與松脫狀態(tài)對比

2.2.2 右旋螺母二、活塞桿二與接頭(右旋螺母二松脫)

右旋螺母二、活塞桿二、接頭右半部分皆為右旋螺紋，當(dāng)右旋螺母二松脫時(shí)，該連接結(jié)構(gòu)失去徑向限位，由于接頭左半部分為左旋，接頭會整體向遠(yuǎn)離右旋螺母二側(cè)松脫，活塞桿二亦與接頭松脫開，受制于漲縮缸軸肩的螺紋總長有限，當(dāng)右旋螺母一松脫到極限位置時(shí)即會停止松脫，此時(shí)空心軸與脹縮缸的相對位置達(dá)到最大狀態(tài)，即空心軸的工作長度發(fā)生了變化，在該狀態(tài)下，產(chǎn)生的結(jié)果與2.2.1節(jié)中一致，此時(shí)各組件間的位置關(guān)系如圖4(c)所示。

2.2.3 空心軸與活塞桿二(兩側(cè)螺母同時(shí)松脫)

前文介紹了各部位的螺紋結(jié)構(gòu)，當(dāng)右旋螺母二和左旋螺母同時(shí)松脫時(shí)，該連接結(jié)構(gòu)兩側(cè)皆失去了徑向限位，接頭的相對位置不變，空心軸、活塞桿二與接頭發(fā)生松脫向兩側(cè)位移，受制于螺紋總長有限，當(dāng)松脫到極限位置時(shí)即會停止松脫，此時(shí)空心軸與脹縮缸的相對位置達(dá)到最大狀態(tài)，即空心軸的工作長度發(fā)生了變化，在該狀態(tài)下，產(chǎn)生的結(jié)果與2.2.1節(jié)中一致，此時(shí)各組件間的位置關(guān)系如圖4(d)所示。

以上為棱錐套N型卷筒漲縮缸連接部位的松脫形式，初始狀態(tài)與幾種松脫狀態(tài)下各組件間位置關(guān)系如圖4所示，通過對比分析可以看出螺紋結(jié)構(gòu)在震動工況下導(dǎo)致極易產(chǎn)生松脫導(dǎo)致機(jī)構(gòu)失去徑向限位，因此，解決結(jié)構(gòu)松脫的方法要從限制螺紋結(jié)構(gòu)的位置入手，即保證用以緊固的螺母不產(chǎn)生松脫即可。

3 防松結(jié)構(gòu)的改造方案與實(shí)驗(yàn)效果

第2章中對易松脫的位置進(jìn)行了分析，這些松脫發(fā)生的原因都指向了同樣的兩個(gè)結(jié)構(gòu)，即空心軸和拉桿，它們的松脫原因都與緊固螺母有關(guān)。針對分析出的問題，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，以下從卷筒漲徑和鉗口板夾緊程度兩個(gè)角度對改造方案和實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行介紹。

3.1 卷筒漲徑

卷筒無法達(dá)到最小漲徑的原因是拉桿與活塞桿一的螺紋連接松脫，扇形板無法到達(dá)預(yù)定行程所導(dǎo)致的，故保證該處螺紋連接的徑向限位即可。下面對幾種方案和實(shí)際使用效果做詳細(xì)介紹。

3.1.1 更換右旋螺母一(改用圓螺母配合止動墊圈)

對易松脫螺紋安裝部位加裝止動墊圈是十分常用的做法。將右旋螺母一更換為圓螺母(GB 812)，在拉桿臺階的對應(yīng)位置開槽用以配合安裝圓螺母用止動墊圈(GB 858)。由于止動墊圈的止動作用主要由凸起結(jié)構(gòu)保證，但該結(jié)構(gòu)一般較小，該結(jié)構(gòu)在線使用一段時(shí)間后，止動墊圈出現(xiàn)了嚴(yán)重的扭曲變形，圓螺母的螺紋由于止動墊圈變形導(dǎo)致的不均勻擠壓產(chǎn)生了壓潰情況，拉桿與螺母分離困難，在拆解過程中為了保護(hù)活塞桿，只能對其進(jìn)行破壞性拆除。經(jīng)檢查，拉桿螺紋損傷嚴(yán)重?zé)o法二次使用，雖然解決了松脫問題，但設(shè)備的維保難度提升且修復(fù)成本提高。

3.1.2 螺紋配合面加裝銷釘

與加裝止動墊圈相比，在長螺紋配合面中心加裝銷釘無需對各部位結(jié)構(gòu)做改動，可保持各部件的原始性能。使用數(shù)控機(jī)床在活塞桿一螺紋線中心處加工一組通孔，按照裝配要求將拉桿與活塞桿一安裝完畢后，穿過通孔在拉桿頭部對應(yīng)位置做標(biāo)記，按照標(biāo)記位在拉桿上加工用以安裝銷釘?shù)耐?銷釘與銷釘孔的配合關(guān)系為過盈配合)。該結(jié)構(gòu)在線使用一個(gè)周期下線后，對該部位進(jìn)行拆解檢查，未出現(xiàn)變形情況，但右旋螺母一依舊發(fā)生松脫，由于銷釘限制了螺紋配合的徑向竄動，此處松脫未產(chǎn)生影響，但為了避免銷釘扭曲變形，后續(xù)優(yōu)化還需對右旋螺母一進(jìn)行修改。

3.2 鉗口板夾緊程度

鉗口板無法夾緊的原因是空心軸和活塞桿二的螺紋連接松脫，斜楔無法達(dá)到預(yù)設(shè)的行程范圍所導(dǎo)致的，同卷筒漲徑問題的解決角度相同，保證該處螺紋連接的徑向限位即可。下面對幾種方案和實(shí)際使用效果做詳細(xì)介紹。

3.2.1 更換右旋螺母二(改用圓螺母配合止動墊圈)

將左旋螺母和右旋螺母二更換為左右旋的圓螺母(GB 812)，在空心軸和活塞桿二的對應(yīng)位置開槽用以配合安裝圓螺母用止動墊圈(GB 858)。與拉桿改造結(jié)果相似，該結(jié)構(gòu)在線使用一段時(shí)間后，止動墊圈出現(xiàn)了嚴(yán)重的扭曲變形，變形后空心軸和活塞桿二依然向兩側(cè)輕微位移，鉗口板初始間隙變大，無法夾緊，在鉗口板底部加裝墊片提高鉗口板高度才能暫時(shí)恢復(fù)正常夾緊功能，但鉗口板的間隙依然在變化，直至極限位置(此時(shí)止動墊圈的凸起完全失效，螺母松脫至極限位置)。

3.2.2 焊接空心軸防松組件(將各部件焊接成一個(gè)整體并利用外罩進(jìn)行限位)

調(diào)整好鉗口板的初始位置后將空心軸防松組件兩側(cè)的螺母與接頭焊接在一起(使用交錯焊縫焊接)，并在兩個(gè)螺母的遠(yuǎn)接頭端焊接兩個(gè)對稱的限位塊，限位塊穿過外罩的觀察窗，通過觀察窗限制該防松組件的松脫。由于卷筒運(yùn)行過程中，活塞桿二和空心軸組件相對觀察窗的位置有變化(往復(fù)運(yùn)動)，在線使用一段時(shí)間后，限位塊和觀察窗沖擊后脫落，失去限位塊的限位作用后，空心軸和活塞桿二依然向兩側(cè)產(chǎn)生位移，發(fā)生與3.2.1節(jié)相似的結(jié)果。

3.2.3 螺紋配合面加裝銷釘

與以上兩種方案相比，在長螺紋配合面中心加裝銷釘無需對各部位結(jié)構(gòu)做改動，可保持各部件的原始性能。按照裝配要求，根據(jù)鉗口臨界位置調(diào)整各部件的安裝位置，安裝完畢后，在空心軸防松組件上做好標(biāo)記，使用專用夾具，按照標(biāo)記位在拉桿上加工用以安裝銷釘?shù)耐?銷釘與銷釘孔的配合關(guān)系為過盈配合)。該結(jié)構(gòu)在線使用一個(gè)周期下線后，對該部位進(jìn)行拆解檢查，未出現(xiàn)變形情況。但由于配合關(guān)系較緊，且銷釘較小，拆解較為困難(需加熱敲擊)，為了降低維護(hù)難度后續(xù)優(yōu)化還需對銷釘結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

4 實(shí)驗(yàn)論證后的解決方案

經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)效果較好的改造方案進(jìn)行修改后，給出最終解決方案，改進(jìn)后的防松結(jié)構(gòu)主要由拉桿、空心軸、螺母、緊定螺釘、銷釘、接頭、活塞等組件組成，它們之間的位置關(guān)系如圖5所示。下面對方案做詳細(xì)介紹。

圖5 改進(jìn)后的防松結(jié)構(gòu)示意圖

4.1 卷筒漲徑(拉桿部位防松)

在液壓缸軸頭螺紋部位的中心處加工一組通孔，并在拉桿頭部對應(yīng)位置加工通孔后鑲?cè)脘N釘(銷釘與銷釘孔的配合關(guān)系為過盈配合)，右旋螺母二中心加工一內(nèi)螺紋通孔，相對應(yīng)的拉桿部位加工一盲孔用以安裝內(nèi)六角緊定螺釘(螺紋上涂抹螺紋緊固膠)。

4.2 鉗口板夾緊程度(空心軸部位防松)

根據(jù)鉗口臨界位置調(diào)整各組件的螺紋擰入深度，在如圖5所示的位置加工用以安裝緊定螺釘?shù)穆菁y通孔，并在空心軸和旋轉(zhuǎn)液壓缸的軸肩部位加工與其位置對應(yīng)的盲孔用以安裝內(nèi)六角緊定螺釘(螺紋上涂抹螺紋緊固膠)。

5 結(jié)論

由于熱軋平整機(jī)組較為惡劣的使用工況，卷筒漲縮缸在使用過程中易出現(xiàn)連接部位松脫導(dǎo)致卷筒功能產(chǎn)生異常。本文對發(fā)生問題的部位和原因進(jìn)行了分析、研究，并針對這些問題提出改造方案，在多次實(shí)驗(yàn)后，總結(jié)出了能夠解決該問題的優(yōu)化方案，為該類型問題的解決策略提供了參考，為平整機(jī)組的現(xiàn)場生產(chǎn)給出技術(shù)支持，保證生產(chǎn)線的高效平穩(wěn)運(yùn)行。