熱軋運輸線1#步進梁故障分析及改進實施

摘 要：文章對熱軋運輸線1#步進梁在輸送鋼卷的過程中，存在的活動梁彎曲變形、活動梁偏移、升降機構主軸斷裂的問題進行了原因分析，并對其進行了改進，并取得了很好的效果。

關鍵詞：步進梁；升降架；箱型梁

1 前言

八鋼1750熱軋運輸線1#步進梁用于將鋼卷運輸鏈輸送到鋼卷升降臺上，進而將鋼卷輸送到鋼卷庫。自八鋼1750熱軋生產線投產以來，該步進梁的設備故障頻發，設備運行不穩定，設備故障頻發。本文針對步進梁出現的主要故障，進行了原因分析和有針對性的改進實施，最終取得了很好的效果。

2 步進梁工作原理及結構特征

2.1 工作原理

該步進梁主要有兩個運動機構：平移機構和升降機構。平移機構由一個液壓缸拖動活動梁在升降機構的車輪上作水平往復移動，其步距為3米；升降機構通過各自液壓缸帶動，將活動梁升高或降低400mm，步進梁從低位上升至高位接卷，然后輸送鋼卷前進一個步距，步進梁下降放卷至低位，將鋼卷放在固定鞍座及升降臺鞍座上，最后步進梁平移后退一步至運輸鏈待卷位置。步進梁通過不斷重復動作，實現步進輸送鋼卷。

2.2 結構特征

該步進梁為液壓驅動結構，活動梁為箱型結構，升降機構采用液壓缸驅動的連桿結構，活動梁前后兩端的升降機構采用四連桿機構相連，以保證其升降的同步性。（設備簡圖如下）

3 使用中存在的問題

在使用過程中，發現該步進梁存在以下幾個主要問題：

3.1 活動梁彎曲變形。

3.2 平移過程中，活動梁偏移。

3.3 升降液壓缸頭部耳環斷裂。

3.4 升降機構主軸斷裂。

4 原因分析及改進措施

4.1 針對活動梁彎曲變形的問題，分析原因

活動梁是箱型空腹結構，工作時輸送的鋼卷溫度很高，一般在500℃左右，在輸送鋼卷的過程中由于活動梁上下溫差達200℃左右，根據碳鋼的線性膨脹率計算公式，可以計算出活動梁上下鋼板的膨脹數值相差40mm，因此導致活動梁彎曲變形。

改進措施：利用活動梁的箱型空腹結構，在活動梁箱體內架設一根壓縮空氣管，通過壓縮空氣帶走活動梁的熱量，達到降溫作用，防止活動梁因上下溫差過大而出現的彎曲變形。

方案實施后，活動梁上下溫差減小到了60℃左右，解決了活動梁因溫度差過大而產生的彎曲變形。

4.2 針對平移過程中，活動梁偏移的問題，分析原因為

該步進梁的活動梁只有上下方向的定位，而沒有水平方向的定位，因此在平移過程中容易出現偏移的現象。

改進措施：利用步進梁原有的豎直壓輪裝置，安裝一套水平方向的導向定位裝置，新增的水平導向定位裝置簡圖如下。

4.3 針對升降液壓缸頭部耳環和瓦蓋斷裂的問題，分析原因為：液壓控制存在不同步，造成兩升降架相互憋勁。

由于1#步進梁的升降架由兩組液壓閥分別控制兩個升降液壓缸，加之兩升降液壓缸的載荷不是完全相同，因此無法實現兩個液壓缸的流量完全一致，從而兩升降架的升降速度和受力狀況都不一致，油缸頭部連接耳環瓦蓋經常被拉斷，同時又極易造成油缸缸桿斷裂。

改進措施：分別在兩個油缸的無桿腔和有桿腔各連接一根DN8的高壓軟管，即將兩個油缸的兩腔分別并聯起來，從而實現兩缸始終同步同壓力。改進的液壓原理圖如下：

通過兩個油缸管路的并聯，實現了兩個液壓缸始終同步動作，從而杜絕了升降過程中兩液壓缸不同步產生的阻力，因此大大改善了液壓缸缸受力狀況，杜絕了液壓缸頭部耳環和瓦蓋斷裂的故障。

4.4 針對升降機構主軸斷裂的問題，分析原因為

4.4.1 主軸軸頸處的尺寸偏小，在頻繁的沖擊載荷下，容易出現疲勞。

4.4.2 主軸在危險截面的軸頸尺寸變化太大，危險截面處的應力集中明顯。

4.4.3 升價機構設計不合理，使主軸在工作過程中承受了多余的扭矩。

要分析主軸的受力情況，首先要清楚主軸的動作情況。通過在實際運行中的觀察，發現在升降架擺動的過程中，主軸不僅隨升降架擺動，同時還有繞自身軸線的轉動。通過對主軸的動作情況分析，主軸不僅承受著上部負載的正壓力所產生的彎矩，同時還承受很大的扭矩。而扭矩的產生正是由于主軸繞自身軸線轉動時所產生的，由于原設計的轉動副是滑動摩擦，所以在轉動時就會產生比較大的扭矩。該扭矩對于升降架來說是內力，而對于主軸來說卻是外力。而該扭矩是可以通過設計改進大大減小并忽略不計的。

扭轉力的大小：

（1）滿載時主軸承受的正壓力：[28.8（鋼卷單重）×6（滿載鋼卷數）+16（梁體自重）]/2（受力軸數量）=94.4（噸）=944000N

（2）滿載時主軸升降所產生的扭矩：944000N×0.15（鋼與銅的滑動摩擦系數）×0.095（主軸半徑）=13452（N.M）

（3）滿載時主軸危險截面承受的最大彎矩：944000*0.094（危險截面的距離，即液壓缸耳環中心至主軸托架支撐的內側距離）=88736（N.M）

（4）滿載時主軸危險截面承受的最大合力矩：88736+13452=102188（N.M）

可以算出，扭矩占合力矩的比例為13452/102188=13.16%，如果消除扭矩，則相當于主軸的承載能力增加了13.16%，效果是顯而易見的。

改進措施：①結合升降架的整體結構尺寸，適當增大斷裂處的軸頸尺寸，由現在的φ190增加到φ200；②取消原設計主軸的軸頸臺階，避免在軸頸變化處的應力集中；③對升降架擺臂與主軸連接方式由銅套改為滾動軸承，這樣主軸與擺臂之間的相對轉動靈活，大大減小主軸承受的扭矩。

改進對比圖如上：

改進后主軸承受的扭矩=944000N×0.002（軸承摩擦系數）×0.1（主軸半徑）=188.8（N.M）

遠遠小于改進前的13452N.M。

5 結束語

上述這些改進措施實施后，該步進梁運行穩定，很好地達到了避免設備故障、提高設備運行穩定性的目的和效果。