鋼帶熱軋機機前導(dǎo)尺裝置的設(shè)計改進

劉旭東

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

鋼帶熱軋機一般為可逆軋機，通過多道次的軋制將鑄錠軋制成板材或卷材。主要有加熱爐、輸送輥道、立輥軋機、機前導(dǎo)尺裝置、機前組合輥道、軋機主機、機后導(dǎo)尺裝置、機后組合輥道、卷取機、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成。本熱軋機來料是經(jīng)過銑面的80mm～150mm厚鑄錠，軋制后的厚度為4mm～8mm。帶材軋制時，鑄錠從加熱爐通過輥道輸送至機前導(dǎo)尺位置，導(dǎo)尺將鑄錠對中，機前組合輥道把鑄錠送入軋輥，鑄錠經(jīng)過多道次反復(fù)軋制至成品厚度，經(jīng)過冷卻、切頭、卷取成卷材。

機前導(dǎo)尺配置在軋機主機前，機前組合輥道的上方，是熱軋機組上必不可少的裝置。當(dāng)鑄錠被輸送至機前導(dǎo)尺位置，導(dǎo)尺快速將鑄錠夾持進行對中，使鑄錠的中心線與軋制中心線重合，然后導(dǎo)尺單邊打開3mm左右，鑄錠由輥道送入軋輥，軋制過程中導(dǎo)尺兼有產(chǎn)生后張力、防止帶材跑偏等功能。導(dǎo)尺的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理對提高產(chǎn)品質(zhì)量和成品率有著重大影響。

機前導(dǎo)尺由兩側(cè)導(dǎo)板、導(dǎo)板固定座、導(dǎo)尺移動機構(gòu)、導(dǎo)尺導(dǎo)向裝置、兩側(cè)底座等組成。通過調(diào)整兩側(cè)導(dǎo)板開口度，控制不同板寬、不同規(guī)格的帶材與軋制中心線對中，保證帶材軋制產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 機前導(dǎo)尺裝置原始結(jié)構(gòu)設(shè)計及存在的問題

機前導(dǎo)尺采用液壓缸驅(qū)動，油缸兩邊設(shè)有導(dǎo)向裝置，防止導(dǎo)尺在運行過程中由于受力不均引起的偏斜或擺動，兩導(dǎo)柱之間用連接梁連接，增加機前導(dǎo)尺裝置的穩(wěn)定性。

(1)在軋制不同寬度的帶材時，導(dǎo)尺的開口度要根據(jù)不同帶材的寬度調(diào)節(jié)。導(dǎo)尺開口度調(diào)整采用絲杠及擋塊機構(gòu)，調(diào)整時電機帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，控制絲杠上面的定位擋塊開合，人工測量開口度大小，到達設(shè)定值后定位機構(gòu)鎖緊。需要人工輔助測量，操作過程繁瑣，定位精度低，效率低。

帶材在軋制過程中，當(dāng)軋制完一個道次后帶材寬度會發(fā)生變化，不同軋制道次的寬展量也不一樣，所以不同道次的寬度也不同。此機構(gòu)調(diào)整后開口度固定不變，不能根據(jù)帶材寬度的不同調(diào)整導(dǎo)尺的開口度。在軋制較薄帶材時會擠壓帶材出現(xiàn)拱起傾翻的現(xiàn)象，從而造成帶材損傷，且導(dǎo)尺導(dǎo)板易被帶材刮傷，導(dǎo)板磨損嚴重。

(2)導(dǎo)尺對帶材對中后，按生產(chǎn)經(jīng)驗導(dǎo)尺單邊一般打開3mm左右，軋輥咬料對帶材軋制時，導(dǎo)板表面會與帶材摩擦，出現(xiàn)因摩擦產(chǎn)生的溝槽，較深的溝槽會造成帶材邊部裂紋，且邊部的氧化皮、毛刺會脫落到帶材表面，造成鋼板次品、廢品。所以當(dāng)導(dǎo)板磨損后需要及時更換，零件經(jīng)常因下半部分磨損且不能修復(fù)后報廢，產(chǎn)生極大的浪費。

(3)在生產(chǎn)過程中，新的導(dǎo)板一般使用2d～3d更換一次，更換下來的導(dǎo)板可以把磨損部分修磨后繼續(xù)使用，導(dǎo)板與導(dǎo)板固定座之間采用多個螺栓連接，導(dǎo)板拆卸不便，安裝困難，更換兩側(cè)導(dǎo)板需要5h～6h，這樣將降低產(chǎn)量，增加人工成本。

在夾持較厚帶材時導(dǎo)尺裝置剛性不足，導(dǎo)向裝置、兩側(cè)底座等都變形很大，導(dǎo)向裝置導(dǎo)向柱、銅套磨損嚴重，銅套需頻繁更換。

2 原因分析

如前所述，原設(shè)計中問題經(jīng)匯總分析主要原因如下：

(1)機前導(dǎo)尺設(shè)計采用普通的液壓缸和換向閥，控制單邊導(dǎo)尺導(dǎo)板，該控制方式及結(jié)構(gòu)形式不能實現(xiàn)夾緊力大小的調(diào)節(jié)和精確的開口度。雖然采用一個普通的換向閥控制兩個液壓缸，但是由于液壓缸、導(dǎo)向柱等滑動摩擦副的摩擦力不同和機械零件加工誤差的存在，也很難保證兩邊同步動作。且普通換向閥不能調(diào)整油缸對帶材的夾緊力，在夾持較薄帶材時夾緊力過大，致使擠壓帶材出現(xiàn)拱起傾翻現(xiàn)象。

(2)機前導(dǎo)尺裝置導(dǎo)板安裝在機前組合輥道上方，為了防止軋制時較薄帶材夾到輥子與導(dǎo)板之間的間隙中，一般使導(dǎo)板下平面低于輥子上面5mm～10mm，導(dǎo)板下方根據(jù)輥子間距加工成圓弧。在軋制過程中，導(dǎo)板下半部分與帶材接觸頻繁，所以往往導(dǎo)板下半部分磨損比較嚴重，由于原設(shè)備結(jié)構(gòu)上的限制，兩側(cè)導(dǎo)板不能做成對稱結(jié)構(gòu)，導(dǎo)板安裝時無法實現(xiàn)上、下部分位置互換。

(3)在設(shè)備使用過程中，由于立輥軋機的開口度重復(fù)性較差，使用效果不好，該設(shè)備取消了機前立軋輥裝置，機前導(dǎo)尺還兼有部分立軋輥的作用。所以導(dǎo)尺在軋制過程中對帶材的夾持力和受到帶材的沖擊力都非常大，導(dǎo)尺裝置在軋制過程中變形較大，需要加固導(dǎo)尺增加剛性，但是由于受機前空間限制，為了保證導(dǎo)尺的最大開口度不變，現(xiàn)導(dǎo)尺結(jié)構(gòu)想增加剛性不易實現(xiàn)。

為了保證導(dǎo)板與導(dǎo)板固定座之間的連接可靠，原設(shè)計采用了多個螺栓連接形式，結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，軋機機前部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間狹小，安裝導(dǎo)板固定螺栓時操作不便，導(dǎo)致每次更換導(dǎo)板要花費較長時間。

3 改進方案與效果分析

針對以上問題，技術(shù)人員進行技術(shù)攻關(guān)與不斷嘗試，制定了多種方案，經(jīng)大家討論分析后，確定了最合理化的設(shè)計。

(1)拆除原絲杠及擋塊定位機構(gòu)，普通液壓缸更換為帶內(nèi)置位移傳感器的液壓缸，普通液壓換向閥更換為液壓比例閥。導(dǎo)尺開口度靠位移傳感器精確控制，位置控制精度≤2mm。導(dǎo)尺工作采用液壓比例閥、壓力傳感器、位置傳感器閉環(huán)來實現(xiàn)夾持位置控制與壓力控制。

軋制前，根據(jù)來料寬度不同、各個道次的寬展不同，在操作界面輸入導(dǎo)尺每個道次的開口度數(shù)值。在軋制過程中，導(dǎo)尺會根據(jù)道次信號、傳感器信號按設(shè)定的開口度夾緊帶材，夾持力大小也可根據(jù)每道次帶材的厚度預(yù)先設(shè)定，實現(xiàn)程序控制。

此方案實施后，減少了人工測量調(diào)整導(dǎo)尺開口度的過程，導(dǎo)尺開口度位置控制精度高，油缸同步性好，拆除了原導(dǎo)尺定位機構(gòu)，減少了設(shè)備維護工作量。在軋制較薄帶材時選擇壓力閉環(huán)，達到設(shè)定的夾持力后油缸退回，減小了導(dǎo)板的磨損，解決了帶材損傷的問題，提高了產(chǎn)品的成品率。

(2)根據(jù)現(xiàn)場情況，對機前導(dǎo)板及導(dǎo)板固定座進行了優(yōu)化設(shè)計。新導(dǎo)板如圖1所示，在保證滿足使用要求下，零件設(shè)計為沿中心線對稱結(jié)構(gòu)，使兩側(cè)導(dǎo)板可以互換。當(dāng)導(dǎo)板靠近輥子部分磨損嚴重后，把磨損嚴重的部分換到另一側(cè)上方后繼續(xù)使用，待導(dǎo)板上、下部分都磨損嚴重后再拆下來修磨，直到導(dǎo)板厚度不能滿足使用要求后報廢，使導(dǎo)板的壽命延長了1倍左右，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

圖1

(3)導(dǎo)尺結(jié)構(gòu)簡單，在保證導(dǎo)尺最大開口度的前提下，增加了導(dǎo)尺的剛性，即使在軋制厚帶時導(dǎo)尺的變形量也很小，設(shè)備可靠性得到了很大提高，且?guī)Р倪叢抠|(zhì)量得到明顯改善。

為了解決導(dǎo)板拆裝不便的問題，新設(shè)計取消了多螺栓連接，優(yōu)化后的導(dǎo)尺結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示，導(dǎo)板與導(dǎo)板座之間的連接采用鍵與壓板進行固定，結(jié)構(gòu)設(shè)計更加合理。在軋制過程中，序號2鍵承受帶材摩擦導(dǎo)板產(chǎn)生沿機列方向的剪切力，序號8鍵承受由于導(dǎo)板受力不均形成的水平方向的力，豎直方向分力較小，用壓板序號3、序號4壓緊，防止由于裝配間隙造成的導(dǎo)板竄動。如圖3所示,序號2、序號8鍵用螺栓固定在導(dǎo)板固定座上，以防止拆裝導(dǎo)板時鍵從鍵槽里面滑落。

圖2

圖3

更換導(dǎo)板時拆掉序號3、 序號4壓板上面的螺栓及壓板， 安裝吊環(huán)螺釘， 用行車緩慢吊起導(dǎo)板至鍵槽脫離序號8鍵，水平平移導(dǎo)板使序號2鍵也與導(dǎo)板脫離，導(dǎo)板拆除工作完成。安裝新的導(dǎo)板時讓鍵槽與導(dǎo)板固定座上面的鍵對齊，緩慢把導(dǎo)板落在導(dǎo)板固定座上，檢查確定序號2、序號8兩個部位的鍵都安裝好后用壓板壓緊固定。通過對機前導(dǎo)尺裝置結(jié)構(gòu)的改造，使導(dǎo)板更換時間縮短，由原來的5h～6h減少為現(xiàn)在的1h～2h，大大減輕了檢修工人的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，提高了產(chǎn)量，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。

4 總結(jié)與體會

目前各大鋼鐵企業(yè)中，有很多此類生產(chǎn)線。如何縮短導(dǎo)板更換時間、延長導(dǎo)板使用壽命、提高產(chǎn)量是所有熱軋機組企業(yè)共同面臨的問題。有的企業(yè)試圖通過改變導(dǎo)板材質(zhì)及表面硬度提高其使用壽命，但由于導(dǎo)板的表面處理工藝要求難度大或者導(dǎo)板選材成本高等原因，效果都不明顯。本文對原有不合理、不實用的設(shè)計進行改進，新開發(fā)設(shè)計的導(dǎo)板新型快換結(jié)構(gòu)簡單，拆卸、安裝方便快捷，大大降低了維修成本，方便了現(xiàn)場操作和使用維護，又經(jīng)濟合理。此導(dǎo)尺結(jié)構(gòu)經(jīng)實踐證明實用、穩(wěn)定，因此具有較強的推廣價值。

對于連續(xù)生產(chǎn)線上的設(shè)備，零部件的可靠性非常重要，這種可靠性需要設(shè)計者、制造方、使用者多方保證。設(shè)計者在保證生產(chǎn)工藝條件下，設(shè)計結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，使設(shè)備便于操作，對于需要經(jīng)常更換的零部件、易損件等應(yīng)能簡捷方便的維修恢復(fù)。