熱軋帶鋼精軋機軋制穩定裝置研究

孫 兵

（北京首鋼股份有限公司，河北 遷安 064404）

熱軋精軋機在生產過程中的穩定性，體現在軋件前端水平的穩定性，不會發生側面抖動和偏差，并且后端不會出現移動的現象。根據在實際工作中的經驗，主要有三個因素影響軋機在工作中的穩定性，分別為：胚料的溫度，軋輥機架的裝配精度和精軋機入口端導衛精度[1]。

1 軋機穩定工作的原理

軋機的振動頻率容易隨著高速、高軋制力和大壓下量軋制而增加。經過詳細試驗，發現在實際生產過程中，軋機主要在上下工作輥的水平和垂直方向發生振動。如果軋輥穩定器安裝在框架和軸承座之間，增加了動態剛性在軋機機架和軋輥軸承座水平方向，有效的減少了軋機的振動頻率。在軋機生產過程中，穩定裝置中的液壓缸的墊圈與軸承座相接觸，并在工作期間與軸承座一起振動[2]。在設計液壓缸時，一定要有阻尼孔，對軋機的振動有阻礙作用，有利于增強軋機的動態剛度。試驗機的振動信號進行觀察，對于軋機的軋制方向（水平方向）和軋件厚度（垂直方向）的加速度信號，可以利用加速度傳感器來測量獲得。當鋼帶放入軋機時，軋機就會開始振動[3]。當軋機穩定裝置開始工作時，軋件軋制方向上的加速度信號減小到穩定裝置在開始工作時的一半。軋機穩定器對工作輥所處的位置可以一直保持，改善了軋件的磨損。

2 分析穩定裝置在生產過程中的影響

2.1 穩定油缸對軋機的影響

為了在工作的過程中，工作人員易于更換軋輥，必須在工作輥，支撐輥和內側襯板之間留下間隙：①在運行一段時間后，會發生摩擦在軋機的軸承座和襯板之間，致使兩者之間的間隙逐漸變大，最終間隙超出正常值；②隨著時間的推移立柱和支撐軸承之間的間隙也會增加，兩只間隙也會超出正常值。穩定油缸的存在使原本的橫向剛度不會影響立柱和支撐軸承之間的間隙，減少水平沖擊的影響。但是，軸承座和更換柱的水平沖擊因素，會引起很多問題，如：穩定油缸反應速度慢，漏油和使用時間減少等。因此，對穩定油缸承的壓力問題進行研究意義很大。

2.2 穩定油缸對水平剛度的影響

在軋機的實際工作中，軸承座與立柱之間的間隙能夠引起鋼咬合處水平沖擊力和工作輥的水平振動，只有去除此間隙，才有助于水平沖擊力和工作輥的水平振動的幅度的降低。穩定油缸的在生產過程中的有效利用，大大的增加了軋輥的水平動態剛度，也在一定程度上提高了抗振性能和軋制穩定性。機械結構的抗振能力一般由其動態特性來決定，測量的常用方法一般是其動態剛度，其動態剛度增大，表示在一定激振下的振幅就會變小，抗振能力也隨之變大。

以軋機機座為例，分析在水平方向的振動情況。計算水平剛度的公式為：水平總剛度=（出口側的弧剛度×交叉剛度）/（出口側的弧剛度+交叉剛度）+（液壓缸的剛性×入口側牌坊剛度）/（液壓缸的剛性+入口側牌坊剛度），其中，在設計機械結構以及制造過程中已經確定了交叉剛度和出入口側牌坊剛度，因此，要實現增加穩定油缸中的壓力，就要增加液壓缸的剛性。

根據上述分析可以得出：穩定油缸的有效使用，有助于軋機在水平方向上的承載力的增加。

2.3 穩定油缸對對垂直剛度的影響

在軋機生產過程中，對于軋輥軸承座上的穩定油缸，在軋件的厚度變化，輥的偏心率變化和溫度不均勻等因素下引起振動時，軸承座與穩定油缸會發生相對移動或相對移動趨勢，其相互摩擦也會在垂直方向上產生。這就是軋機垂直振動方向的干摩擦阻尼的增加，這在一定程度上影響彎曲效應和軋制力。

為了便于理論分析，計算出穩定油缸的垂直剛度，在振動理論基礎上，其運動微分方程為[M]{}+[C]{}+[K]{x}={Q}，其中：等效質量是M，軋機的等效阻尼為C，剛度為K。為了便于計算，假設0為軋機生產過程中的阻尼，根據守恒原理分析，其最大勢能是軋機生產過程中產生振動的最大動能。根據軋機的參數，振動過程中的等效剛度和質量計算如下：①等效剛度K1到K7的數據為：4.87，2.01，5.24，2.30，5.22，3.60，9.89：②等效質量M1到M6數據為 ：108.97，80.01，12.50，12.50，80.12，31.22，使用計算機程序建模，穩定缸和軸承箱之間的摩擦系數為0.1，建模時施加1000kN的力給輥子，橫坐標為秒，縱坐標為米，其曲線圖就會產生不同的壓力。

最終得出：要減少軋機垂直方向的振動幅度，就必須增加穩定油缸的壓力；增加軋輥在支撐輥的壓力效果明顯低于工作輥。

3 導衛設計對軋機生產過程的影響

以某鋼廠生產線為例，其設備有七套，主要用于H型鋼的生產。由于增加了熱軋帶，經常會出現軋帶劃痕的情況，對此，分析生產線軋帶導衛的結構，研究導衛設計對軋機生產過程的影響。

3.1 導衛裝置設計中出現的問題

3.1.1 截面不對稱

在軋機中，頂孔和底孔的形狀是不同的，頂孔的類型是平板型，底孔的類型是槽孔的類型。為確保精軋機的導衛裝置能夠平穩地引導熱軋帶鋼軋機的軋制過程，必須保證它們之間的軋機接觸點形狀應相同，出入口導衛的設計必須配備兩個滑動導衛，在板坯上可以與軋件產生滑動摩擦。在設計中，可能會出現誤差，這會產生靜摩擦在熱軋帶鋼腿與出口導衛之間。隨著熱軋帶鋼的軋制能力增加，靜摩擦引起的摩擦會導致導向肋磨損甚至變尖，最終尖肋會破壞軋件，如果帶鋼軋機在進行軋制，就會發生這種情況。因此，關閉精軋機的導衛裝置，必須進行軋機維護，以防對工廠的生產造成不利影響。

3.1.2 熱軋過程中軋件的不均勻變形

例如，鋼廠在設計進口導衛時，設計師考慮在運輸過程中，使用導衛筋板和輥道側板穩定軋件，以根據預先設定的路徑使軋件進入軋機，但在實際運輸過程中，軋制部件與彎道的不均勻的力碰撞，導致軋件偏離設計軌道，最終導致軋件卡鋼現象，這就需要對精軋機導衛裝置的設計進行有效的改進。

3.2 改進精軋機導衛設計的有效方法

設計師對精軋導衛的原始設計進行詳細分析，發現原設計中兩個筋板的設計存在問題是造成熱軋帶鋼劃痕的主要原因，導致精軋機導衛無法完全掌控軋件的運行軌道，使軋件在運行中脫離了原始軌跡。在這種情況下，對精軋機導衛進行了有效的改進。

3.2.1 對導衛準確的計算

根據軋機的運行情況，估算精軋機導衛的參數，包括：選擇間隔a1為5mm～15mm，選擇間隔b在5mm～15mm之間，選擇間隔r在25mm～55mm之間，L是900mm，選擇間隔L1在250mm～305mm 之 間，R1=R4，R5=R2+（25～5）mm，R6=R3+（25～35）mm。不同的是，導向板的保護間隔在25mm～35mm之間，因為導衛滑動的摩擦和防護作用，增加過鋼量時，導衛底板的厚度可以增加到35mm。另外，導衛側板的高度是軋制元件的高度加（25～45）mm之和，側板前端與輥子的距離在102mm～122mm之間。在公式L3=L-L2+L1和之后，添加相關參數，新設計的導衛大小就可以計算出來。

3.2.2 改筋板為平板

取下入口處的兩個筋板，改為平板。在原設計中，兩個肋條對軋件較低的控制能力，輸送輥的側板可以有效地從上方對軋件的彎曲進行控制，因此在新的導衛設計中，增加兩個側板，以達到軋件軌道運行的目的。

3.2.3 出入口導衛相同

通過對精軋機的入口和出口導衛裝置的改變，使其結構相同，通過調整板兩側之間的距離，使入口和出口導衛之間的距離固定，實現控制軋件軌道運行的目標。

4 結語

因此，研究用于穩定熱軋機軋制的裝置可以有效地提高熱軋機的工作效率。根據本文簡明分析，對穩定油缸和熱軋帶鋼精軋導衛進行合理的設計，有助于生產過程中軋機的穩定性。