卷取機卷筒鉗口的改進

李雷生 劉 俊 王若然

（北方重工集團有限公司 遼寧沈陽110025）

1 前言

山東泰鋼60萬t熱軋不銹鋼退火酸洗機組項目是具有較高自動控制水平的一條連續(xù)退火酸洗線。主要工藝段分為開卷機組、焊接機組、退火機組、破磷機組、拋丸機組、酸洗機組、平整機組、卷取機組。卷取機組位于尾段的收卷位置（圖1），卷曲的整齊、緊密成為打包產(chǎn)品是否美觀合格的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。卷取機組在使用過程中出現(xiàn)了壓板斷裂、鉗口缸漏油等故障，通過經(jīng)驗分析，對壓板進行加強設(shè)計、對鉗口缸進行了改進，滿足了使用要求。

圖1 工藝布置圖

2 卷取機主要參數(shù)結(jié)構(gòu)功能及存在問題

卷取機組主要由液壓剪、碎料收集、過渡輥道、側(cè)導(dǎo)對中、入口夾送及卷取機本身組成。

2.1 主要技術(shù)參數(shù)

主要技術(shù)參數(shù)見下表1。

表1 技術(shù)參數(shù)

2.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)功能

本設(shè)備是由減速箱、卷筒裝配、推板裝置、活動支承、緩沖輥裝置、集中潤滑系統(tǒng)等組成。置于出口段的末端，用于將工藝段處理過的不銹鋼帶卷成卷。卷筒由直流電機通過二級減速而傳動。為了防止穿帶過程中鋼卷的松卷，本設(shè)備設(shè)有壓輥裝置。為了保證開卷過程中卷筒的剛度，卷筒的前端設(shè)有活動支撐。卷取機的機體在卷取過程中為保持帶材與機組中心線對中，通過液壓缸（伺服缸）在固定底座上滑動。推板用于卸卷時與鋼卷車輔助把鋼卷推出?；顒又С杏糜诰砣∵^程中支承卷筒軸。減速箱體設(shè)有滑動支座和用于E P C對邊的伺服液壓缸。

2.3 存在問題

卷取機在實際使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)一些問題，卷取不同厚度的鋼帶時所產(chǎn)生的張力是不一樣的，卷取厚度在9mm以上時，卷取機鉗口壓板被9.5mm厚度的不銹鋼鋼帶拉出，九個M10×55的螺釘被拉折；鉗口缸在幾次使用之后，出現(xiàn)了漏油現(xiàn)象，嚴重影響了鋼卷的表面質(zhì)量。

3 卷筒鉗口原始設(shè)計結(jié)構(gòu)分析和整改

卷筒軸由四片扇形板和四棱錐套組合起來，安在主軸上，在漲縮缸的推拉力作用下，通過心軸，使四棱錐套在主軸上滑動，靠斜面的作用，實現(xiàn)扇形板的漲縮。此油缸為活塞式的，一端通過法蘭與卷筒主軸把合在一起，另一端與旋轉(zhuǎn)接頭把合在一起，通過旋轉(zhuǎn)接頭的進回油來實現(xiàn)活塞的移動。

卷筒采用液壓漲縮的四棱錐結(jié)構(gòu)（圖2），卷取機卷筒扇形板中設(shè)有一個液壓卡緊的鉗口，用鉗口緊緊卡住帶鋼頭部進行帶材頭部的卷取。針對壓板折斷分別進行了壓板加強改造、導(dǎo)向結(jié)構(gòu)改造和缸體升級改造。

圖2 卷筒結(jié)構(gòu)

1）壓板加強改造：根據(jù)這種結(jié)構(gòu)可以分析判斷出壓板折斷主要原因應(yīng)該是受力過大過載所致，理論設(shè)計與實際使用出現(xiàn)不匹配現(xiàn)象。在張力為15kN的情況可以平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，加速或張力過載時出現(xiàn)異常情況就是考驗結(jié)構(gòu)強度的時機。卷取機的卷取質(zhì)量主要體現(xiàn)在卷取整齊度、鉗口咬緊度及卷取受力度的平穩(wěn)性上，把圖2的卷筒之鉗口處剖開來分析壓板受力大小、方向（圖3）。根據(jù)經(jīng)驗比較可得出液壓缸支撐力及咬入時鋼帶張力F1與F2的合力F合，概括出幾種力的方向、大小關(guān)系及對應(yīng)的參數(shù)來大致算出設(shè)備運作的保險數(shù)據(jù)。

圖3 壓板受力分析示意圖

根據(jù)螺栓所受合力公式：

式中 F—拉力F1和剪切力F2的合力；

Abs—螺栓的橫截面積；

σbs—螺栓的擠壓應(yīng)力；

［σbs］—螺栓的許用擠壓應(yīng)力。

M16與M10的螺栓在相同材料的狀態(tài)下，所能承受的擠剪應(yīng)力之比應(yīng)該為該螺栓所能承受的拉力F1與剪切力F2的合力大小之比，也即

得出結(jié)果顯示，在同樣材料的情況下，使用M16的螺栓比使用的M10的螺栓的強度要高兩倍以上。再更改材質(zhì)會更加保險和實用。

整改措施：把鉗口壓板原始安裝的9個M10×55（GB70-85）螺栓均改為M16×55（12.9級），螺栓的等級也有原來的8.8級改為12.9級；與螺栓把合的鉗口壓板的材料升級，由原來的45改為42Cr Mo，該件必須進行熱處理調(diào)質(zhì)。

2）導(dǎo)向結(jié)構(gòu)改造：原始設(shè)計鉗口缸活塞推出時導(dǎo)向間隙為3mm～5mm［圖4a）］。活塞桿在運動過程中沒有導(dǎo)向支撐，受力不均勻，方向不穩(wěn)定，容易偏移?；钊芊庠诟左w內(nèi)傾斜、摩擦受力不均，密封件很容易在這種狀態(tài)下?lián)p壞。

圖4 壓板受力分析示意圖

在頻繁的工況下，鉗口壓板螺栓在張力作用下松動，致使缸體上面鉗口壓板作用失效，油從缸體端密封處滲出；缸體與活塞之間間隙過大，致使活塞與缸體之間密封失效，油從活塞與缸體之間滲出。

整改措施：固定壓板與活塞鉗口頂板之間增加導(dǎo)向滑板，材質(zhì)為FZ-5，安裝后保證導(dǎo)向間隙為0.2mm～0.3mm（圖4b））。

3）缸體升級改造：柱塞缸內(nèi)部的密封也是設(shè)計的關(guān)鍵點，該件本身是易損件。根據(jù)工況和實際使用效果來看，原始活塞與缸體（圖5）之間的公差配合與密封組件的性能有問題。

整改措施：按照（圖6）現(xiàn)場重新制作8套缸體活塞，缸體材質(zhì)由原來的銅性改為剛性，活塞由原來的德國進口寶色霞板密封改為德國進口邁克L43活塞組合密封。

4 結(jié)束語

圖5 柱塞缸改造前示意圖

圖6 柱塞缸改造后示意圖

通過對卷取機卷筒的主要結(jié)構(gòu)和性能的計算及分析，再加上現(xiàn)場實際使用經(jīng)驗，確定了詳細卷筒鉗口壓板裝置的設(shè)計方案和現(xiàn)場施工步驟，成功對卷取機進行了現(xiàn)場在線升級改造，目前該設(shè)備使用狀態(tài)非常好，性能也非常穩(wěn)定。為今后類似產(chǎn)品的現(xiàn)場改造提供了借鑒。

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