寬厚板軋機壓下裝置故障分析

盧永

（興澄特鋼 江蘇 江陰 214400）

1 前言

興澄4300寬厚板生產線由DANIELI設計制造，采用雙機架布置，生產轉換靈活。其中：四輥粗軋機開口度達到1200mm，配備2臺7000kW 主電機，額定轉矩達到2196485N·m，充分滿足了鋼錠、復合坯、大圓坯等特厚坯料的大壓下量生產工藝要求；四輥精軋機配備2臺9000kW 主電機，最大軋制力可達90000kN，充分滿足特種鋼板控溫控軋的大軋制力生產工藝要求。在正常生產軋制過程中，壓下裝置作為寬厚板軋機的核心部件，主要為了配合上輥系升降，控制輥縫大小，運行穩定直接關系到鋼板精度控制和產線效率提升。

2 設計原理簡介

2.1 組成

寬厚板軋機壓下裝置主要由壓下絲杠裝配和壓下驅動兩部分組成，具體如下：

（1）壓下絲杠裝配：壓下絲杠裝配由螺旋絲杠、銅螺母、壓頭裝配三部分組成，其中壓頭裝配由滑動軸承、球面墊、軋制力傳感器及相關連接件組成（見圖1）。壓頭裝配安裝在螺旋絲杠底端，其底部與上支承輥軸承座相接觸。螺旋絲杠安裝在銅螺母上，銅螺母通過定位鍵、法蘭環等部件安裝在軋機牌坊頂部。每臺軋機由2套壓下絲杠裝配組成，分別安裝兩側軋機牌坊上，兩側壓下絲杠裝配分別通過壓頭裝配與支承輥兩側軸承座頂部相接觸。

圖1 壓下絲杠裝配示意圖

（2）壓下驅動：壓下驅動由渦輪蝸桿箱、壓下電機、同步軸、電磁離合器和制動器組成（見圖2）。兩側渦輪蝸桿箱和驅動電機呈對稱布置，電機與渦輪蝸桿箱通過帶制動盤聯軸器相連接，渦輪蝸桿箱與螺旋絲杠通過花鍵副傳動，控制絲杠上升與下降。為保證兩側壓下絲杠同步，兩臺壓下電機通過同步軸相連，實現機械同步［1］。另外同步軸上還布置有電磁離合器，便于對兩側壓下絲杠的位置微調。為有效保證鋼板軋制厚度控制尺寸，減少軋制時壓下裝置受力反轉回抬，在兩側對稱布置液壓制動器。為解決壓下裝置卡死問題，兩側渦輪蝸桿箱輸入軸上還安裝有回松裝置。

圖2 壓下驅動布置圖

2.2 結構原理

寬厚板軋機壓下裝置主要作用是與上支承輥平衡裝置相互作用，控制上輥系上升與下降，達到調整輥縫目的（見圖3）。上支承輥平衡裝置主要由平衡缸、平衡梁、上端梁及拉桿組成。平衡缸安裝在軋機上橫梁位置并通過上端梁及拉桿與平衡梁連接，上支承輥通過軸承座懸掛在平衡梁下方。平衡缸工作壓力分為低壓和高壓兩種（低壓110bar、高壓170bar）。其中：低壓是平衡上支承輥重量的工作壓力，高壓是在平衡上支承輥重量的基礎上并且消除壓下裝置配合間隙的工作壓力，形成過平衡狀態，減小軋制彈跳。壓下裝置兩側安裝有位移傳感器，用于壓下位置的精準控制。當輥縫需要減小時，壓下驅動制動器打開，上支承輥平衡缸切換至低壓，壓下電機驅動壓下絲杠下降，上支承輥在平衡缸的作用下與壓下裝置同步運動至輥縫設定位。反之當輥縫需要變大時，壓下驅動制動器打開，上支承輥平衡缸切換至低壓，壓下電機驅動壓下絲杠上升，上支承輥在平衡缸的作用下與壓下裝置同步運動至輥縫設定位［2］。當輥縫上升或下降達到輥縫設定值后，壓下電機停轉，制動器關閉，上支承輥平衡缸壓力切換至高壓。

圖3 壓下裝置結構簡圖

3 問題分析

寬厚板軋機投產后設計缺陷逐步開始暴露，對生產的穩定性帶來影響。壓下裝置也發生過多次故障，經統計主要分為滑動軸承異常磨損和軋鋼咬鋼瞬間壓下裝置異常反轉回抬兩種故障形式。每次故障發生時都對生產順行或產品質量控制產生影響，成為困擾分廠亟待解決的難題。經過設計圖紙重新審查、長時間跟蹤分析等，針對兩種故障形式具體分析如下。

3.1 滑動軸承異常磨損分析

滑動軸承潤滑原理是通過絲杠上保護罩頂部的噴嘴下噴潤滑油，潤滑油經過壓下絲杠中心通孔流到底部滑動軸承處實現潤滑（見圖4）。通過檢查及測試發現造成滑動軸承異常磨損的主要原因有兩種。

圖4 滑動軸承潤滑原理簡圖

（1）頂部潤滑管路噴嘴設計制作不合理，潤滑油噴嘴采用在管路末端盲板上鉆取Φ3mm通孔進行噴油（見圖5），油口偏小，受壓力的影響，每次停機開啟時噴油路線發生不同位置的偏移，未垂直噴到絲杠上端潤滑油口區域，造成沿絲杠通孔下流的潤滑油量較小，引起滑動軸承潤滑不良。

圖5 滑動軸承潤滑噴嘴示意圖（改進前）

（2）滑動軸承油槽設計不合理，油槽設計采用在滑動軸承旋轉側沿直徑方向均布4條貫通式油槽（見圖6），潤滑油沿著油槽隨著滑動軸承旋轉甩向四周流出滑動面，造成滑動軸承油膜形成不充分，影響潤滑效果。

圖6 滑動軸承油槽布置圖（改進前）

3.2 軋鋼時壓下裝置異常反轉回抬分析

正常生產過程中，軋機咬鋼瞬間，受沖擊及軋制反作用力影響，壓下裝置會產生一定反轉回抬趨勢。為杜絕異常反轉，設計時在兩側壓下電機輸出端各布置1個液壓制動器，用于消除軋制反作用力，確保鋼板厚度控制精度。但在實際運行過程中效果不理想，在軋機咬鋼瞬間，壓下裝置仍會產生反轉和回抬，同時制動器故障率非常高，經常發生抱閘片碎裂，缸體漏油等問題，影響生產順行［3］。跟蹤調查發現，軋制普鋼時壓下反轉回抬問題不太明顯，但軋制特種鋼需要大壓下或低溫軋制時，壓下裝置反轉回抬問題明顯增加，特別是隨著產線品種結構的調整，使用大壓下及低溫軋制工藝的鋼板大量增加，發生壓下裝置異常反轉回抬的問題更加頻繁。通過研究及對比分析，導致壓下裝置異常反轉回抬的原因主要有兩方面。

（1）在兩側壓下電機輸出端各布置1個液壓制動器（見圖7），雖能滿足普鋼軋制功能需求，但當軋制特種鋼板時，隨著沖擊及軋制力增加，制動器制動力不足以消除軋制反向作用力的影響，造成反轉。

圖7 壓下驅動制動器布置圖（改進前）

（2）制動器選用液壓制動彈簧打開方式的制動器，在使用過程中，咬鋼瞬間對制動器油缸沖擊較大，易造成制動器缸體滲漏等故障，隨著缸體滲漏，引起制動盤和抱閘片被液壓油污染，進一步影響制動效果及抱閘片壽命。

4 改進措施

4.1 滑動軸承異常磨損改進措施

（1）針對潤滑油噴油口問題，采用把原Φ3mm通孔擴大到Φ5mm，同時在噴口下端安裝通徑為Φ5mm的導向穩流管（見圖8）。改進后增大潤滑油流量的同時，通過導向穩流管固定噴油路線，確保潤滑油垂直噴到絲杠上端潤滑油口區域，實現有足夠的潤滑油通過絲杠通孔下流到滑動軸承部位。

圖8 滑動軸承潤滑噴嘴示意圖（改進后）

（2）針對滑動軸承油槽設計不合理問題，對滑動軸承油槽進行重新設計，由原4條貫通式油槽改成2條貫通式油槽和2條非貫通式油槽，并相互間隔布置（見圖9）。改進后，當滑動軸承旋轉時，部分潤滑油被鎖在滑動軸承內部，確保滑動面潤滑油充足，促使滑動面油膜充分形成，實現良好潤滑。

圖9 滑動軸承油槽布置圖（改進后）

4.2 軋鋼時壓下裝置異常反轉回抬改進措施

（1）在兩側壓下電機輸出端各新增一個制動器，布置在原制動器對面（見圖10），沿著制動盤對稱布置，增大制動力，提升制動效果。正常狀態時，四個制動器參加制動，有效解決軋鋼咬鋼瞬間壓下裝置異常反轉回抬問題，為產線品種結構的調整及尺寸精度的控制提供設備保障。

圖10 壓下驅動制動器布置圖（改進后）

（2）對制動器進行改型，選用碟簧制動液壓打開方式的制動器，同時制動器帶有行程調節功能，可使用行程調節功能來調整制動力，延長碟簧制動時效，達到進一步延長制動器使用壽命要求。另外每個制動器支管均安裝高壓球閥，若某個制動器出現故障，可應急采取關閉支管高壓球閥并調節制動行程，使該制動器處于常開狀態，不參與軋機運行，待檢修時進行恢復，能有效減少軋機異常停機，保障生產順行。

5 結語

壓下裝置是寬厚板軋機的核心部件，是影響生產順行與鋼板精度控制的關鍵點。經過對結構形式的優化改進，壓下裝置出現的運行故障和設計缺陷得到徹底解決，有效保證了鋼板尺寸精度控制，提升了設備穩定性，為產線品種結構調整提供設備保障。