某1450mm熱連軋機卸卷小車升降結構部件改進設計

楊斯淮+李嘉牟

摘 要：文章介紹了某1450mm熱連軋機卷取機區卸卷小車升降結構部件的改進設計。

關鍵詞：卸卷小車；升降結構；球面桿結構

卸卷小車是應用于帶鋼熱連軋生產線的重要設備，因其工作狀態直接影響著熱連軋機生產力的發揮，所以卸卷小車的結構穩定性至關重要[1-3]。本文以某1450mm熱連軋機卸卷小車為例，介紹了卸卷小車的功能特點及其升降結構部件的改進設計。

1 卸卷小車的功能特點

卸卷小車本體主要包括托輥、車輪、車架、抬升架體、升降液壓缸等。卸卷小車工作時，由升降液壓缸、抬升架體和托輥等部件構成的升降裝置將鋼卷從卷筒移出，行走裝置提供動力控制卸卷小車的水平運動，鋼卷被運送至打捆機固定臺架。綜上可以知道卸卷小車的執行功能包括升降功能和行走功能。

2 升降結構部件改進設計

卸卷小車的抬升架體和升降液壓缸活塞桿頭之間采用銷軸連接的結構這在以往項目的設計制造中得到了廣泛應用，但現場用戶反映曾出現過銷軸斷裂的情況，針對此問題，某1450mm熱連軋機卸卷小車對銷軸結構進行了改進設計，采用球面桿結構替代銷軸結構。

2.1 銷軸結構

銷軸可以固定零件之間的相對位置并用于連接，具有拆裝方便、定位準確、承載能力大等特點，鑒于以上特點，銷軸結構被應用于卸卷小車抬升架體與升降液壓缸活塞桿頭的連接中，進而通過液壓缸活塞桿的伸縮運動實現抬升架體豎直方向的升降動作。銷軸尾端由墊片套住，同時設計一通孔并貫穿安裝長度大于尾端直徑的銷，銷與墊片共同配合作用，防止銷軸產生軸向竄動。

在一些項目中，銷軸結構采用的是連接段等徑銷軸，但在實際使用中出現過設備維修拆卸困難、裝配插入難以一次對正等問題。為了解決上述問題，某1780mm熱連軋機卸卷小車在設計升降結構的過程中借鑒了階梯軸的特點，將桿頭與抬升架體連接段設計加工為三段階梯結構變徑銷軸，變徑銷軸連接結構架體如圖1所示。在設備運行中，桿頭和銷軸由接觸壓力會產生塑性變形，但是各階梯面間因銷軸外表面與桿頭內環面的配合面外徑尺寸不同而不會彼此影響，所以連接段變徑銷軸的設計更為合理。

2.2 球面桿結構

變徑銷軸結構雖然優化了等徑銷軸的一些不足，但是根據用戶反饋，實際生產出現過銷軸斷裂的情況。分析其原因，鋼卷卷取結束時，理論上帶尾應該停留在5點鐘位置，繼而處于等待位置的卸卷小車將鋼卷卸下。而實際操作中，由于電控不準確等原因，經常會發生最后一圈帶尾卷取不完全而打到卸卷小車托輥的現象。把托輥和抬升架體整體視為剛體結構，當帶尾對托輥的瞬間擊打時，力的傳遞使銷軸的連接結構受到了瞬間較大的沖擊力，因此是有可能發生銷軸斷裂的情況。

鑒于以上問題，在某1450mm熱連軋機卸卷小車升降結構的設計中，將銷軸結構改為球面桿結構，如圖2所示。升降液壓缸活塞桿頭通過螺紋連接的球面桿代替銷軸孔結構，液壓缸活塞桿帶動球面桿頭與抬升架體中部鋼板相切接觸進而控制抬升架體的升降動作。同時，為了避免抬升架體在下降過程中無法依靠自重回復到預定位置等情況的出現，設計了一塊加工有直徑小于球面桿直徑的擋板，擋板焊接在抬升架體中部鋼板上，利用球面桿不等徑的特點，抬升架體可以隨球面桿一同下降。

球面桿結構相比銷軸結構具有如下優點：（1）當抬升架體的外側和車架體內側滑板磨損較小時，忽略滑板間隙，瞬間的沖擊力會造成銷軸受到的外力過大以至發生斷裂破壞。同樣的情況下，當沖擊力過大時，球面接觸點會因為塑性變形壓縮成一個小直徑平面進而從點接觸變為面接觸，縮減的豎直方向上的尺寸可以通過增加升降液壓缸連桿伸出量彌補。從理論上分析，升降液壓缸活塞桿頭與抬升架體的銷軸連接結構，在鋼卷和抬升架體的自重等外力F的作用下，銷軸中段相對于左右兩段具有反向的錯動，所以可視為雙剪切問題進而計算其截面的平均切應力。實際上，橫截面上的切應力分布并不均勻，截面最大切應力τmax的值為平均剪切應力τ的4/3倍[4]，即τmax=■·■=■·■？燮[τ]，式中：F為外力；A為銷軸的截面面積；[τ]為許用切應力。將球面桿結構簡化為等徑圓柱體長桿結構，當升降液壓缸連桿伸出并帶動球面桿頂起抬升架體時，近似取桿的直徑與銷軸相同，則桿的截面面積與銷軸截面面積相同均為A，當受到相同外力F時，球面桿受到的壓應力大小為？滓=■？燮[？滓]，式中：[？滓]為許用應力。按照第三強度理論，許用切應力和許用應力的關系為[τ]≈0.5[？滓]。從以上計算結果分析可知，相比而言剪應力的破壞是更容易發生的，因此球面桿結構更具有安全性。（2）當抬升架體的外側和車架體內側滑板有較大磨損時，滑板間出現了一定量的間隙，此時如果托卷輥受到鋼卷帶尾的擊打，由于間隙的存在，抬升架體會出現小幅度晃動，銷軸結構在瞬間的沖擊力的影響下，不僅受到的剪切力增大，而且由于升降液壓缸活塞桿與抬升架體之間通過銷軸連接，抬升架體的晃動會帶動液壓缸活塞桿產生彎曲，嚴重的情況下會使得液壓缸報廢。同樣的情況下，由于球面桿結構與抬升架體之間并不是連接結構，即使發生抬升架體的晃動，球面桿頭與抬升架體接觸的鋼板間僅會產生微小的相對滑動，不會影響到液壓缸。（3）球面桿結構的設計更有利于裝配、維修等，同時能夠降低設備故障的可能性。

3 結束語

通過對卸卷小車升降結構的設計改進，使其工作性能更加可靠，方便了設備的安裝維護，生產現場使用效果良好，有效保障了生產的穩定性。

參考文獻

[1]劉海濤.熱連卷取機卸卷困難故障分析及排除[J].天津冶金，2016（6）：33.

[2]王忠臣.武鋼2250mm熱連軋機卸卷小車質量檢驗[J].一重技術，2003（3）：109-110.

[3]朱洪波.卷取機卸卷小車的設計改進及應用[J].一重技術，2008（4）：9-10.

[4]成大仙.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2004.

作者簡介：楊斯淮，一重集團大連工程技術有限公司，設計一部，助理工程師。

李嘉牟，一重集團大連工程技術有限公司，設計一部，工程師。