南鋼爐卷軋機支撐輥吊具改造

芮建權 章玉 張繼

（1：南京鋼鐵集團股份有限公司 江蘇南京 230001；2：泰爾重工股份有限公司安徽馬鞍山 243001；3：巨力索具股份有限公司 河北保定 071000）

1 前言

支撐輥更換在軋鋼生產過程中是比較頻繁而又非常重要的工作，南鋼爐卷軋機由奧鋼聯公司設計制造，為單機架四輥可逆式爐卷軋機，最大機架軋制力80000kN，支承輥規格φ1950／1800×3400mm，更換支撐輥吊裝重量達到200噸以上，吊裝重量比較大，而且吊裝過程中，人員需要到2m以上的高空進行耳軸插裝和鋼絲繩懸掛作業，危險系數比較大，更換操作時間比較長，因此必須對支撐輥吊裝方式進行改造，提高人員操作安全性，降低作業時間，才能提高生產效率、節約成本。

2 原來支撐輥吊具缺點

在軋鋼使用過程中，根據軋輥工藝和輥形匹配要求，每軋制8-10萬噸時，要定期對支撐輥進行更換，將使用后的支撐輥和軸承座整體吊出，將重新磨削裝配好的新支撐輥吊人更換。以前的吊具在支撐輥更換吊裝過程中，主要存在以下幾方面的問題。

（1）人員操作危險，安全隱患大。在支撐輥吊裝作業過程中，將支撐輥從軋機牌坊里面拉出來，現場人員上到2米以上的高空，通過行車將耳軸插在支撐輥軸承座的吊裝孔內，再將吊具鋼絲繩懸掛在耳軸上，將舊支撐輥吊開。吊裝過程中需要人員在高空與行車進行配合，危險系數較大。

（2）勞動強度大，操作不便?，F場操作人員首先將每根4耳軸查在支撐輥軸承座吊裝孔內，將舊支撐輥吊開。再把4個耳軸抽出來，插入新裝配的支撐輥軸承座孔內。把新支撐輥吊上換輥平臺，再將耳軸從新支撐輥軸承座內通過行車拔出，用換輥小車把新支撐輥推入軋機牌坊內。

（3）操作更換時間長，影響生產。整個操作過程復雜，首先把舊的上支撐輥吊出，將新裝配的支撐輥吊入換輥平臺，再將支撐輥推入軋機牌坊，再重新吊入下支撐輥，整個過程中需要連續作業三個半小時以上。

（4）吊具結構設計缺陷大，效率低。當初設計時采用的是在吊具上懸掛鋼絲繩，軸承座加工耳軸孔，更換支撐輥輥時插入耳軸，將鋼絲繩懸掛在耳軸上進行吊裝，需要操作人員和行車協助操作，不能自動吊裝，嚴重影響生產節奏。

3 專用吊具改造

為了方便操作，降低安全系數，減少支撐輥更換時間，實現支撐輥自動吊裝提高操作效率。根據現場工礦條件，對支撐輥專用吊具進行改造。

3.1 吊具改造主要參數

1）吊具額定載荷：232t

2）吊具使用環境要求：常溫

3）吊具總體重量：＜30t

3.2 吊具改造方案

根據現有的設備條件制定了兩套設計改造方案，保持軸承座的尺寸不動，利用原先軸承座耳軸圓形孔，將吊具改造成電動模式，吊裝前通過電機將懸臂打開，行車下落到軸承座吊裝孔位置時，通過電機對吊鉤進行合攏夾緊，進行吊裝作業。把支撐輥吊起轉運到指定位置后落下吊具，再通過電機把吊具內的吊鉤移出，完成吊運過程。

其次考慮到吊具現場維護保養工作，減少吊具本身故障率。設計了機械式的吊具改造方案，利用吊鉤在重力作用下自動旋轉方式，將吊鉤懸掛在軸承座孔內實現吊裝作業。根據吊鉤尺寸和旋轉空間，對軸承座本體圓形吊裝孔改造加工成方形吊裝孔［1］。吊裝前，吊具先置于支撐輥上方，通過下落吊具，在降落到軸承座吊裝孔高度位置時，在重力作用下，內部吊鉤自動旋轉落入軋輥座的相應的吊裝內，通過行車起升吊具，支撐輥被吊起。當支撐輥被吊起轉運到指定的位置后落下吊具，吊具內吊鉤自動恢復，移出吊具，完成自動吊運過程。如圖1所示。

圖1 機械結構支撐輥吊具

經現場分析，在保證吊具設備安全、實現自動吊裝的前提下，減少吊具設備本身故障率，機械結構支撐輥吊具改造費用更低，在吊運時吊鉤自動旋轉進行起吊，無需人為操作，更適合現場使用條件。

4 吊具及支撐輥軸承座改造后強度校核

為了方便操作，首先利用Solidworks的3D模塊繪圖，以stp格式導入ABAQUS軟件進行后續分析。在ABAQUS軟件中建立支撐輥吊具分析計算模型，以一對內力等效加載到吊具模型中。

4.1 吊具及軸承座的材料主要參數

具體選用材料：

材料參數表［2］

4.2 載荷與邊界條件有限元分析

支撐輥吊具計算：約束吊鉤運動，并整體施加向下的重力，9.8m／s2。經測試吊臂以下總重約232.8噸，根據幾何結構，采用四面體單元對塊體、圓軸等部件進行有限元網格劃分，并進行網格穩定和敏感性測試，最終選擇2cm作為單元網格基本尺寸。在前述計算輸入條件的基礎上，對各工況進行有限元計算分析［3］，如圖2所示。

圖2 有限元分析圖

通過對各工況模型在給定幾何形狀、材料和邊界載荷條件下的模擬計算，得到重點關注位置的計算應力，在規定的自重載荷作用下，結構計算最大應力均低于屈服強度，有限元分析滿足現場使用性能和安全要求。

4 結語

結合現場實際工況條件，對支撐輥吊具進行優化改造，解決了以前結構設計的缺陷，優化了操作步驟，完全實現支撐輥更換自動吊裝作業。避免人員參與行車吊運工作，提高人員操作安全系數，降低勞動強度，吊裝過程穩定，大大地節約了支撐輥更換作業吊裝時間，每套支撐輥更換可節約1小時以上，為安全生產創造更多的效益。