型鋼推鋼機(jī)導(dǎo)向桿斷裂原因分析

摘要：文章通過(guò)對(duì)型鋼推鋼機(jī)導(dǎo)向桿的斷裂原因進(jìn)行分析，將理論力學(xué)及材料力學(xué)相關(guān)知識(shí)應(yīng)用到了生產(chǎn)實(shí)際中，找出了導(dǎo)桿斷裂的原因。

關(guān)鍵詞：型鋼推鋼機(jī)；導(dǎo)向桿；剪切應(yīng)力；傾翻力矩；導(dǎo)桿斷裂 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TG305 文章編號(hào)：1009-2374（2015）23-0081-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.042

1 概述

型鋼推鋼機(jī)的作用是將冷鋼坯推入加熱爐進(jìn)行加熱。推鋼機(jī)是軋鋼工序中第一個(gè)主體設(shè)備。推鋼機(jī)有幾種傳動(dòng)形式，比較典型的有液壓傳動(dòng)、齒輪齒條傳動(dòng)等。型鋼推鋼機(jī)采用液壓傳動(dòng)形式。該設(shè)備是由液壓缸、推頭、導(dǎo)向桿等部件組成。導(dǎo)向桿是為了保證推鋼機(jī)前后移動(dòng)的同軸度。2014年8月23日，推鋼機(jī)導(dǎo)桿與推頭連接處斷裂。事后對(duì)斷裂原因進(jìn)行了分析，除了操作方面的原因外，設(shè)計(jì)方面也存在著一定的問(wèn)題。該設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)只是考慮了一種布鋼模式，而未充分考慮所有的布鋼模式。因此，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，有可能出現(xiàn)超過(guò)負(fù)荷的現(xiàn)象。

2 型鋼推鋼機(jī)的相關(guān)參數(shù)

2.1 型鋼推鋼機(jī)的工作原理

型鋼推鋼機(jī)的簡(jiǎn)圖如圖1所示：

由圖1我們可以看出，由液壓缸推動(dòng)推頭，由推頭將鋼坯向前推動(dòng)，而后面的鋼坯將前面的鋼坯向前推動(dòng)，這樣逐級(jí)將推力傳遞出去，從而推動(dòng)了整個(gè)加熱爐的鋼坯向前移動(dòng)。

2.2 加熱爐的布鋼形式

型鋼廠鋼坯規(guī)格為250mm×250mm或250mm×350mm。其加熱爐規(guī)格為8m×28m。加熱溫度為1200℃。

加熱爐的布鋼形式有三種，如圖2所示：

由圖2可以看出，第一種和第三種布鋼形式，1#、2#推鋼機(jī)的推頭能夠均勻受力，不會(huì)產(chǎn)生傾翻力矩，因而不會(huì)使導(dǎo)桿產(chǎn)生剪切應(yīng)力。而第二種布鋼形式則會(huì)使推頭單邊與鋼接觸受力，從而產(chǎn)生傾翻力矩，進(jìn)而使導(dǎo)桿產(chǎn)生剪切應(yīng)力，久而久之，導(dǎo)桿便會(huì)斷裂。

2.3 計(jì)算前的相關(guān)參數(shù)的確定

3 計(jì)算分析

3.1 推鋼機(jī)受力分析

如圖3所示，推鋼機(jī)在推鋼的過(guò)程中，液壓缸對(duì)推頭的力為F，鋼坯給推頭一個(gè)反作用力，為了讓鋼坯移動(dòng)，F(xiàn)≥。F與會(huì)形成力偶，而為使系統(tǒng)達(dá)到平衡，那么該力偶會(huì)被別的力偶抵消掉，因此，可以推斷在導(dǎo)向桿的支撐架上會(huì)產(chǎn)生作用力、；、，而這些力之間會(huì)形成反方向的力偶，從而抵消F與的力偶的作用。而根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)斷面的情況來(lái)看，導(dǎo)向桿類似于剪切斷面，因而推斷導(dǎo)向桿與推頭接觸處存在著剪切應(yīng)力。另外，從現(xiàn)場(chǎng)觀察來(lái)看，在單邊受力的情況下，如果要將鋼推動(dòng)，推頭會(huì)傾斜25°左右，因而液壓缸對(duì)推頭的推力F如圖4所示。力F可以分解為、。

3.2 計(jì)算前的一些假設(shè)

為了使計(jì)算方便，更為了能夠盡快地找出導(dǎo)桿斷裂的主要原因，我們做如下假設(shè)：

由于兩個(gè)導(dǎo)桿對(duì)稱，假設(shè)其受力完全一樣，==P；==Q。因而推鋼機(jī)的受力分析圖可如圖5所示：

3.3 計(jì)算參數(shù)

3.4 計(jì)算剪切力

雖然通過(guò)計(jì)算得出剪切應(yīng)力小于剪切許用應(yīng)力，但是實(shí)際剪切應(yīng)力值已經(jīng)接近許用應(yīng)力。而且考慮兩邊有可能受力不對(duì)稱，另外加上推鋼機(jī)的工況及反復(fù)操作等原因，導(dǎo)桿與接推頭接觸的地方反復(fù)產(chǎn)生交變應(yīng)力，也有可能使導(dǎo)桿疲勞斷裂。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上的計(jì)算并結(jié)合相關(guān)分析，導(dǎo)桿斷裂的原因是：（1）設(shè)計(jì)時(shí)未充分考慮到型鋼的布鋼形式，忽略了剪切應(yīng)力對(duì)導(dǎo)桿的影響；（2）導(dǎo)桿與推頭結(jié)合處倒角過(guò)小，使得應(yīng)力集中。解決方法有：（1）盡量調(diào)整布鋼形式，使推頭兩邊均勻受力，盡量減少由于單邊而產(chǎn)生的剪切應(yīng)力；（2）將導(dǎo)桿與推頭連接件重新加工，增加結(jié)合面的倒角，分散應(yīng)力；（3）重新計(jì)算，重新設(shè)計(jì)導(dǎo)桿的結(jié)構(gòu)及尺寸，對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造。

本文利用理論力學(xué)及材料力學(xué)的原理對(duì)推鋼機(jī)導(dǎo)桿斷裂原因進(jìn)行了分析，而為了使計(jì)算方便，設(shè)置了一些假設(shè)，并利用了一些估算的方法，使得計(jì)算結(jié)果與真實(shí)情況略有差異。如果想要得到更為精確的結(jié)果，還是要利用計(jì)算機(jī)的一些軟件進(jìn)行模擬、仿真。但是，在精度不是很高的設(shè)備上利用該方法進(jìn)行分析，對(duì)設(shè)備問(wèn)題進(jìn)行定性的判斷，這些方法還是很有效果的。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993.

作者簡(jiǎn)介：馬寧輝（1978-），男，重慶鋼鐵（集團(tuán)）有限責(zé)任公司工程師，研究方向：機(jī)械工程。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）