SP軋機模塊鎖緊裝置改進

謝 明儲建軍 李曉莉 劉 暢

(1:寶山鋼鐵股份有限公司熱軋廠 上海200941；2:上海寶鋼工業技術服務有限公司 上海200941；3:中國重型機械研究院股份公司 陜西西安710032)

SP軋機模塊鎖緊裝置改進

謝 明①儲建軍2李曉莉1劉 暢3

(1:寶山鋼鐵股份有限公司熱軋廠 上海200941；2:上海寶鋼工業技術服務有限公司 上海200941；3:中國重型機械研究院股份公司 陜西西安710032)

1580的SP軋機模塊鎖緊裝置采用液壓控制形式，在軋鋼狀態時利用液壓力對模塊進行鎖緊，該處工況復雜，距離鋼坯較近，非常容易發生油缸漏油甚至火災事故，對生產產生較大影響，經過對該鎖緊裝置分析，對結構進行改進，提出采用蝶形彈簧形式的鎖緊缸，并進行相關分析、計算和設計。應用后可以有效的避免油缸漏油、火災等事故的發生，保證生產的穩定運行。

SP軋機 蝶形彈簧 鎖緊裝置 設計

1 前言

熱軋廠1580粗軋設備SP軋機為日本IHI引進設備，機構較為復雜，其中的模塊鎖緊機構為液壓油缸控制，在軋制時候油缸無桿腔受到液壓力作用，活塞桿伸出頂住模塊進行鎖緊，由于SP設計非常緊湊，此處離紅鋼非常近，液壓缸密封、連接法蘭密封受到高溫高壓的影響容易失效，進而造成漏油，一方面油缸更換造成在產線的非計劃停機，另一方面，易造成火災事故，對生產等的損失是非常大的，因此，必須采取措施進行改進。

2 鎖緊裝置改進的必要性

SP鎖緊裝置為液壓控制，軋鋼狀態時，油液通過減壓閥進行減壓壓力為3.4MPa，然后通過換向閥進入油缸無桿腔，并頂住模塊進行鎖緊；當更換模塊時，換向閥進行換向，油缸縮回，就可以更換模塊。

鎖緊結構離軋制的紅鋼較近，容易出現漏油、火災等事故，因此考慮油缸無桿腔采用蝶形彈簧的形式，即為單作用油缸形式，對模塊進行鎖緊；而更換模塊時候，采用液壓進行控制，這樣可以有效的避免漏油等事故。

3 鎖緊結構的等效力計算

1)新設計的單作用油缸必須與原來的雙作用油缸保持功能上一致，即

(1)保證模塊原有的鎖緊力；

(2)保證更換模塊時候，油缸縮回，行程為9.6mm。

2)根據液壓控制圖和油缸的尺寸可以得出油缸鎖緊力為：

F=PS=35kg/cm2×3.14×102÷4=2747.5kg=26925N

式中P—液壓控制壓力,為：3.5MPa;S—油缸無桿腔的面積，缸筒半徑為100mm。

也就是說，油缸無桿腔的蝶形彈簧要有26925N的預緊力，并且還要有能繼續壓縮9.6mm的能力。

4 部件的選用以及改進方案

4.1 蝶形彈簧選用

首先，蝶形彈簧有以下幾種形式，考慮到油缸空間較小，而且壓縮量較大，采用疊合與對合復合形式，這樣，壓縮量較大，能滿足油缸行程要求，同樣也能滿足鎖緊力的要求。

組合蝶形彈簧，其中選用的單個彈簧的參數為：

D=96mm,d=46mm，t=3.8mm，h0=H0-t=3mm

式中D—外徑；d—內徑；t—厚度；h0—無支撐面碟簧壓平時型變量的計算值；H0—單個碟簧的自由高度。

式中p1，pz—對應變形量為f1、fz對應的組合碟簧負荷；n—疊合彈簧中單個碟簧的片數；K1—計算系數；C—外、內徑之比。

彈簧壓平的負荷為：

式中E—彈性模量；μ—泊松比；K4—計算系數。

如果按照fz1=10mm的壓縮量對應彈簧力為27000N，則有：

h0×8=3×8=24mm

式中i—蝶形彈簧的組數。

但是，考慮到原設計鎖緊狀態時候，油缸有桿腔有7.5mm的補償量，因此，彈簧的總壓縮量要達到7.5+10+10=27mm左右，因此，選用彈簧為10組較好。

則彈簧最大的壓縮量能達到h0×10=3×10=30mm。

此時，未受到負荷的彈簧組的自由高度為：

HZ=i[H0+(n-1)t] =10×[6.8+(2-1)×3.8] =106mm

式中HZ—對應負荷為Pz的對應的碟簧的彈簧高度。

當受到27000N的力時候，彈簧的壓縮量實際為：

fz1=i×f1=10×1.29=12.9≈13mm，此時，彈簧組的高度為106-13=93mm。

繼續推算，可以得出，該組合彈簧壓縮量為最大30mm時候，彈簧組需要的力為56000N左右，即液壓力要達到56000N的力才能克服彈簧將活塞桿縮回。

彈簧的形式及重要參數為：組數：10，采用疊合與對合組合形式，每組疊合單片彈簧外徑96mm,內徑46mm，厚度3.8mm，單片碟簧的自由高度為6.8mm。組合彈簧壓縮到13mm時候，受力約為27000N,壓縮到30mm時候，受力約為56000N。

4.2 油缸零件圖設計

根據復合蝶形彈簧的參數其自由長度為106mm，壓縮量為13mm時候，壓縮力為27000N，壓縮到30mm時候，壓縮力為56000N左右，基本滿足了鎖緊作用，即壓縮13mm時候，利用油缸的壓縮力27000N將模塊鎖緊，并保持有7mm左右的磨損補償量，當換模塊時候，用液壓力將蝶形彈簧繼續壓縮10mm，來將活塞桿縮回，留出位置進行吊裝模塊作業。

圖1 設計鎖緊油缸缸筒圖

圖2 設計鎖緊油缸活塞桿圖

因此，根據以上參數來設計油缸缸筒，首先，在油缸安裝好送現場時候，應該具有27000N的壓緊力，因此油缸的缸筒安裝活塞桿后無桿腔保持長度為93mm(蝶形彈簧的壓縮量為13mm)，如圖1設計所示。

活塞桿如圖2，在活塞后部設計一個M42的導向桿，一方面做蝶形彈簧的導向桿，另一方面，用來安裝油缸調整蝶形彈簧預緊力，而且在現場出現異常情況即油缸靠液壓力打不開時候，可以利用其將活塞桿縮回，不影響更換模塊作業。

鎖緊缸端蓋圖紙如圖3所示。

油缸的裝配圖如圖4所示。

圖3 設計鎖緊油缸端蓋圖

圖4 設計鎖緊油缸裝配圖

由液壓系統原理圖，可以計算出液壓打開的壓力為13MPa左右，因此，需要將液壓系統中的減壓閥壓力調節成13MPa左右，即能在更換模塊時候，應用液壓力將該鎖緊缸打開，進行正常的換輥作業。

5 結語

1)通過分析計算，應用該彈簧鎖緊缸是可行的，在SP軋機工作時候采用彈簧進行鎖緊，這樣，在軋鋼狀態下，油缸與之相連的管路中是沒有油液，這樣可以非常有效的避免火災的發生，保持軋機穩定。

2)在更換模塊時候，換向閥進行換向，從而利用液壓力克服彈簧力將油缸活塞桿縮回10mm，保證模塊正常更換。

[1]孫利民，王曉波，施力.組合碟簧的剛度研究.鄭州大學學報,2007,Vol.28(3):18.

[2]胡家驛，羅圣國，丁云柏等.中華人民共和國國家標準-蝶形彈簧.機械電子工業部,1993:1-21.

[3]史榮,江光彪等.SP軋機運動狀態分析.鋼鐵,2005(8):1.

ImprovementabouttheLockingDeviceofSizingPressMill

Xie Ming1Chu jianjun2Li Xiaoli1Liu chang3

(1:Hot Rolling Plant,Baoshan Iron & Steel Co., Ltd., Shanghai 200941；2:Shanghai Baosteel Industry Technological Service Co., Ltd., Shanghai 200941;3:China National Heavy Machinery Research Institute Co., Ltd.,Xi′an 710032)

Locking device of 1580 sizing press mill adopts hydraulic control in producing. Using of hydraulic pressure lock, and even the complex working conditions there, near to billet, locking device leak oil and even got fire accident, which had great influence on production. Through the analysis of the locking device, the structure is improved by presenting in this form of section disk spring cylinder, while the correlation analysis, calculation and design have been achieved. After using of section disk spring, it can effectively avoid cylinder oil leakage, fire and other accidents while keeping the stability of the production.

SP Mill Section disk spring Locking device Design

謝明，男，1984年出生，2007年畢業于東北大學，學士，工程師，現從事設備管理工作

TG333.2

B

10.3969/j.issn.1001-1269.2014.05.018

2014-06-30)