減少型鋼軋機彈跳量的生產實踐

付 強 匡祖國

(安陽鋼鐵股份有限公司)

減少型鋼軋機彈跳量的生產實踐

付 強 匡祖國

(安陽鋼鐵股份有限公司)

主要介紹了型鋼高剛度軋機的特點，以及軋機彈跳量增大的危害，分析了軋機彈跳量增大的原因，并提出了減少軋機彈跳量的技術措施，制訂了軋機檢查、維修的標準；將軋機彈跳量始終穩在0.5 mm～0.65 mm之間。

彈力補償墊 預緊力 彈跳量

0 前言

某廠Φ400型材機組，主要生產∠45～∠100角鋼、[6.3～[10槽鋼等產品。采用SY—4型高剛度軋機，其特點是：輥系采用全懸掛方式，且將軸承座的支撐點設在四列短圓柱軸承上，用四個支撐座將輥系固定在箱型底座上，支撐座上下的導向槽起軋輥的軸向固定和壓下調整的導向作用，它承受軋輥軸向的軋制力。由球面墊、平衡彈簧、螺母、立柱、半環、定距套、銅瓦等構成的軋機拉桿系，分別裝在軸承座和支撐座內，軋機拉桿系示意圖如圖1所示。軋制過程中，軋輥所受的軋制力通過軸承座傳遞并作用于調整螺母和拉桿的連接螺紋上。軋輥平衡采用預壓緊彈簧，彈簧裝在軸承座中，隨軸承座移動，從而使彈簧受力不隨軋機開口度變化而變化，平衡力應為被平衡重力的1.5～2倍。因此，拉桿系的強度和剛度尤為重要[1]。

圖1 高剛度軋機拉桿系示意圖

1 現狀

軋機在使用一段時間后，存在彈跳量增大的現象，不僅影響軋件尺寸精度，而且易引上下輥磕碰掉塊，增加輥耗；還限制了一些高新產品(如南網角鋼和美標槽鋼等)的開發生產。軋機每經一輪使用維修時，現場測量的拉桿系磨損量、平衡彈簧壓縮量、彈簧彈力與軋機彈跳量見表1。

表1 零件磨損量、彈簧壓縮量、彈簧彈力與彈跳量關系表

2 問題分析

2.1 定性分析

從表1數據可知，軋機彈跳量增加的原因是由于拉桿系各部件磨損造成的。其一是支撐座內，半環、定距套、銅瓦的磨損，會產生較為明顯的間隙，處理也較為簡單，通過補焊、加墊或更換相應備件，即可消除間隙。其二是螺母螺紋與立柱螺紋之間、螺母與球面墊之間的磨損，致使螺母位置下移，平衡彈簧壓縮量減少，平衡彈簧預緊力下降，無法消除立柱螺紋和螺母螺紋間隙，軋機彈跳值隨之增大，這種情況容易被忽視；立柱和螺母的螺紋又不能在通過簡單的補焊修復，頻繁更換立柱和螺母又會增加備件費用，每件都在3 000元左右；一般在第三次維修時，立柱或螺母就要報廢、更換。因此如果要在延長立柱和調整螺母使用壽命的前提下，控制軋機的彈跳量，就必須設法保持平衡彈簧預緊力不下降。

2.2 定量分析

2.2.1 平衡彈簧所需平衡重力的計算

以圓頭上軸承座的1根拉桿進行計算：軸承座裝配總和的1/2, m1=467 kg；單根軋輥重量的1/4，m2=350 kg；聯接軸重量的1/6，m3=139 kg。

重量總計 ∑m= m1+m2+m3=956 kg。

這些部件所受重力為: G=∑m ×g=956×9.8=9.37 kN

取預壓緊系數k=1.5～2

所需預壓緊力F=k×G=(1.5～2)×9.37=14.06～18.74 kN

2.2.2 彈簧剛度系數的計算

所用彈簧的參數：長度L=φ130 mm，外徑D2=Φ195 mm，中經D=Φ170 mm，內徑D1=Φ145 mm，線徑d=Φ25 mm；有效工作圈數n=2，材質為60SiZMA，并經熱處理，切變模量Gv=80 GPa。

剛度系數KV=Gvd4/8D3n[2]

KV=80×254/8×1703×2=0.4 kg/mm

2.2.3 平衡彈簧彈力的計算

由胡克定律[3]，平衡彈簧彈力F= KV×ΔL，可得到不同平衡彈簧壓縮量情況下的彈力值，平衡彈簧特性曲線如圖2所示。

圖2 平衡彈簧特性曲線

由圖2可知，當平衡彈簧壓縮量在40 mm～45 mm之間時，平衡彈簧彈力為16 kN ～18 kN，才可以滿足要求。

2.2.4 螺紋齒牙的極限寬度計算

2.2.4.1 計算條件

軋機最大軋制力T=2 000 kN，每根拉桿受到軸向力為：

螺紋螺距p =10 mm，螺紋有效嚙合長度h=150 mm，旋合圈數u=h/p=15；螺紋小直徑d1=129 mm；螺紋中直徑d2=135 mm ；彎曲力臂l=(d2-d1)/2=3 mm；螺紋牙底寬度b =6.5 mm; 螺母螺紋大直徑D1= 141 mm。

2.2.4.2 拉桿螺紋齒牙極限寬度計算

螺紋齒牙的危險截面位于螺紋牙底[4]，螺紋齒牙底極限寬度計算見表2。

表2 螺紋齒牙底極限寬度計算表

螺紋齒牙強度條件如下：

螺紋牙剪切強度條件為：τ= Q/πDbu≤[τ][4]

螺紋牙彎曲強度條件為：σb=6 Q l/πDb2u≤[σ]b[4]

3 解決措施

(1)每周對軋機的彈跳量進行1次檢查，并做記錄。

(2)對彈跳量達到0.65 mm及以上的軋機不再裝配使用，進行維修。

(3)維修時必須對半環、定距套、銅瓦的軸向尺寸進行測量；根據磨損量，可采取補焊、填充墊圈、更換等措施，恢復安裝到壓緊狀態。

(4)對平衡彈簧進行測量與測試，對已產生疲勞、有喪失彈力現象的彈簧和有銹蝕現象的彈簧都要及時更換。彈簧在腐蝕環境中承受交變載荷將發生腐蝕疲勞，其在淡水腐蝕下的持久極限僅是大氣中的10%～25%[5]。

(5)根據螺母與球面墊、立柱之間的磨損量，在平衡彈簧與平衡螺母之間增加相應個數的彈力補償墊(每個厚度2.5 mm)，將平衡彈簧的壓縮量恢復到44±1 mm，彈力恢復到18 kN ～17 kN，軋機彈跳量恢復到0.5 mm。

(6)立柱的齒牙底寬度磨損到極限值3 mm、螺母的齒牙底寬度磨損到極 限值3.92mm時必須進行更換。

4 結論

通過規范軋機定期檢查、維修制度，規范相應標準，能夠有效地保持平衡彈簧彈力的穩定，每次軋機經檢修后都恢復到18 kN ～17 kN，軋機彈跳量恢復到0.5 mm，軋機在每個使用周期，彈跳量都始終穩定在：0.5 mm～0.65 mm之間；有效提高了軋件精度，避免軋輥磕碰掉塊，降低輥耗；也為開發軋制高強度角槽鋼等高新品種，提供了生產保障。并且延長了螺母、立柱的使用壽命，使用壽命增加30%以上。

[1] 張榮濱，李圖學.短應力線軋機拉桿系分析[J].中國市場,2015,(37):47—48

[2] 鐘文彬.圓柱螺旋彈簧剛度特性的有限元分析[J].機械,2011,38(12):21—23

[3] 劉鴻文.材料力學(第二版)上冊[M].北京：高等教育出版社，1982:26—27

[4] 濮良貴，紀名剛.機械設計(第六版)[M].北京：高等教育出版社，1996:95—97

[5] 金雙峰.彈簧的失效分析與預防技術[J]. 金屬熱處理,2011,(36):142—143

PRODUCTION PRACTICE OF REDUCING STEEL ROLLING MILL SPRING

Fu Qiang Kuang Zuguo

(Anyang Iron and Steel Stock Co., Ltd)

The characteristics of shape steel stiff mill and hazards of rolling mill spring increase were introduced, the causes of rolling mill spring increase were analyzed, and the technical measures to reduce the quantity of mill spring were proposed, the inspection and maintenance standard of the mill were established; the rolling mill spring has been controlled among the range of 0.5 mm～0.65 mm.

compensation pad preload spring

，工程師，河南.安陽(455004)，安陽鋼鐵股份有限公司第一軋鋼廠；

2016—6—23