梅鋼熱鍍鋅開卷機芯軸故障分析

唐 英

（寶鋼股份梅鋼冷軋廠，江蘇南京 210039）

0 引言

2018 年6 月，梅鋼冷軋廠熱鍍鋅機組開卷機芯軸在出現過一次故障，芯軸回縮時，T 形斜鍥的邊部被拉斷，斜鍥和扇形板分離，造成芯軸無法漲縮（圖1）。當時機組被迫停機更換芯軸內的T 形斜鍥，由于更換斜鍥需要拆除開卷機芯軸將軍帽和4 塊扇形板，并且吊裝困難。當時該項目總共耗時7～8 h，給機組的穩定順行帶來負面影響。

圖1 損壞的T 形斜鍥

1 受力分析

芯軸的漲縮是由漲縮油缸帶動拉桿，拉桿帶動T 形斜鍥移動，T 形斜鍥和扇形塊之間的斜面產生錯位；扇形塊由于受到兩端機械擋塊的限制，從而產生芯軸直徑方向的移動，實現開卷機芯軸的漲縮。芯軸漲開的實現是由拉桿回拉，T 形斜鍥的整個斜面將扇形塊頂開。由于T 形斜鍥整個斜面受力，漲開的力很大；芯軸回縮是由拉桿推出，T 形斜鍥的邊將扇形板拉回來，實現芯軸回縮。

1.1 油缸產生的推力計算

油缸的活塞直徑300 mm，活塞面積S=πR2＝π×152＝706.5 cm2，產生的推力F=PS。其中，P＝90 Bar（9.0 MPa），S＝706.5 cm2，則F＝90×706.5＝635.9 kN。

換算到T 形斜鍥邊部的力N1＝F/4/sinα/6。其中，4 為芯軸的斜鍥數，6 是指一根斜鍥共有6 個邊；α 對應的是斜度。α 是1/6，則sinα＝0.16。因此N1＝635.9/4/0.16/6＝165.6 kN。

1.2 所求數值是作用在單個邊上的力

（1）對單個T 形斜鍥的邊做受力分析。斜鍥邊部截面b＝15 mm；h＝10 mm，則Mmax＝N1×b÷2＝161.1×103×7.5×10-3＝161.1×7.5＝1028.25 N·m。

（2）計算抗彎截面系數W＝bh2/6＝15×10-3×（10×10-3）2/6＝250×10-9mm。

（3）計算應力σmax＝Mmax/W＝1028.25/（250×10-9）＝4.113×109Pa＝4113 MPa。

查手冊得知：黃銅H68 的σb＝523 MPa，因此，當芯軸收縮過程中扇形板發生卡阻時，T 形斜鍥受力足以折斷邊部，因此，減小芯軸收縮的力可以避免此類事故的發生。根據上述推導，只要保證L 形斜鍥邊部的最大應力σmax≤σb就可以實現。由此，根據比例關系可以計算出的最大推力Fmax/F＝523/4113，所以Fmax＝635.9×523/4113＝80.9 kN，Pmax＝Fmax/S＝80.9/706.5＝11.5 Bar＝1.15 MPa。

2 優化方法

對原液壓回路進行分析。改造前回路的壓力由常規減壓閥控制，型號為PRB30P-10-2/100Y-L03，出口壓力維持在90 Bar，因此換向閥工作在左位和右位回路壓力均是90 Bar，也就是芯軸漲開和縮回壓力都是90 Bar。

改造后換向閥前設置比例減壓閥，型號為DREME 30-4X/100YMG24K31，該閥可以在線調整壓力，因此，可以實現漲開和收縮壓力不相同：當PLC 發指令要求換向閥右側電磁鐵得電的同時，發指令給比例減壓閥，使比例減壓閥輸出90 Bar 壓力，芯軸漲開；當PLC 發指令要求換向閥左側電磁鐵得電的同時，發指令給比例減壓閥，使比例減壓閥輸出10 Bar（1.0 MPa）壓力，芯軸收縮。

通過比例減壓閥控制收縮的壓力，漲開時90 Bar，收縮時小于11.5 Bar 即可，現場調整到10 Bar。

3 討論

梅鋼冷軋廠重卷機組卷取機芯軸設計的與眾不同，沒有采用上述T 形斜鍥，該芯軸共8 塊扇形板，4 塊小扇形板也由斜鍥推動漲開，但是該斜鍥沒有邊，只是負責將扇形板漲開，縮回時靠大扇形板和芯軸之間的彈簧將扇形板拉回來。采用這種設計形式也可以完全杜絕文中闡述的故障。這種漲縮芯軸由西重所設計，在國內采用的比較少。

4 結束語

通過控制芯軸漲開和回縮的壓力，有效杜絕了T 形斜鍥邊部被拉斷的故障，避免了長時間停機對連續性生產造成的影響。