一種方坯矯直機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用*

文 鵬，王玉成

(酒鋼集團(tuán)西部重工股份有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

0 引 言

在冶金行業(yè)煉軋工序中，方坯矯直機(jī)是很重要的一種設(shè)備。從結(jié)晶器成型的方坯，必須經(jīng)過(guò)矯直機(jī)的矯直，才能進(jìn)入到下一道工序。冶金行業(yè)目前使用的矯直機(jī)，由于長(zhǎng)時(shí)間在高溫環(huán)境中使用，加之原來(lái)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)存在缺陷，減速機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)打齒、輥道軸承抱死、傳動(dòng)鏈條拉斷、機(jī)架變形等問(wèn)題，增加了檢修次數(shù)，嚴(yán)重影響矯直產(chǎn)量。

針對(duì)矯直機(jī)存在的上述問(wèn)題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)減速機(jī)的齒輪潤(rùn)滑、箱體中油溫冷卻、輥道冷卻潤(rùn)滑、機(jī)架冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)與改造，使矯直機(jī)在線服役周期由10～12天提高到25～28天，一年創(chuàng)造利潤(rùn)1 300多萬(wàn)元。

1 矯直機(jī)工作原理及問(wèn)題

矯直機(jī)是對(duì)金屬型材、棒材、管材、線材等進(jìn)行矯直的設(shè)備。其工作原理是：輥?zhàn)拥奈恢门c被矯直制品運(yùn)動(dòng)方向成直線或某種角度，在主動(dòng)輥?zhàn)拥膸?dòng)下，被矯直的型材在主動(dòng)輥?zhàn)优c被動(dòng)輥?zhàn)又g的液壓缸壓力作用下不斷地作直線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)矯直輥對(duì)型材進(jìn)行擠壓使其改變直線度，最后達(dá)到矯直的目的。

矯直機(jī)常時(shí)間在高溫環(huán)境中使用，矯直輥軸承不能有效潤(rùn)滑(人工不定期潤(rùn)滑)，會(huì)出現(xiàn)軸承抱死、轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活的現(xiàn)象；減速機(jī)冷卻系統(tǒng)不完善，導(dǎo)致減速機(jī)潤(rùn)滑油出現(xiàn)“開鍋”現(xiàn)象，影響減速機(jī)齒輪潤(rùn)滑，出現(xiàn)齒輪嚴(yán)重磨損及打齒現(xiàn)象；由于矯直輥軸承潤(rùn)滑不暢軸承抱死，導(dǎo)致傳動(dòng)鏈條拉斷。總之，傳動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障，增加了檢修的次數(shù)，增大了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，嚴(yán)重影響方坯的矯直產(chǎn)量。為提高方坯矯直產(chǎn)量，對(duì)矯直機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造勢(shì)在必行。

2 矯直機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

優(yōu)化設(shè)計(jì)的新型矯直機(jī)主要包括以下結(jié)構(gòu)：①矯直機(jī)底座，主要用于支撐矯直機(jī)的傳動(dòng)、液壓系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞；②上橫梁，主要用于矯直機(jī)減速機(jī)的固定及減速機(jī)潤(rùn)滑油的冷卻；③連桿，主要用于固定液壓缸及壓力傳導(dǎo)時(shí)形成的連桿機(jī)構(gòu)；④矯直輥智能潤(rùn)滑系統(tǒng)，主要對(duì)矯直輥進(jìn)行不定期潤(rùn)滑并實(shí)施潤(rùn)滑檢測(cè)。矯直機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 矯直機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)

傳動(dòng)系統(tǒng)重點(diǎn)改變減速機(jī)潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)、冷卻結(jié)構(gòu)、齒輪材質(zhì)及熱處理、傳動(dòng)鏈條的結(jié)構(gòu)及型號(hào)。根據(jù)矯直機(jī)輥徑、矯直拉力及矯直速度，矯直機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所列。

表1 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

(1) 主動(dòng)矯直輥、被動(dòng)矯直輥采用鏈條、鏈輪傳動(dòng)。采用臥式SEW減速機(jī)結(jié)構(gòu)形式(或國(guó)產(chǎn)硬齒面減速機(jī))，將小鏈輪與減速機(jī)輸出軸直接連接，通過(guò)鏈條與主動(dòng)矯直輥大鏈輪連接，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)矯直輥動(dòng)力的傳遞。傳動(dòng)電機(jī)配備變頻水冷6級(jí)電機(jī)。根據(jù)矯直輥外徑φ320 mm、矯直輥轉(zhuǎn)速，減速機(jī)轉(zhuǎn)速比按12 r/min配置[1]。傳動(dòng)電機(jī)由減速機(jī)上的支撐套支撐，并通過(guò)梅花彈性聯(lián)軸器連接(或膜片聯(lián)軸器)，實(shí)現(xiàn)水冷電機(jī)的快速拆卸與更換。

(2) 根據(jù)方坯矯直壓力，鏈條型號(hào)選擇32A-2雙鏈鏈條,增大鏈條的抗拉載荷[2]。

(3) 減速機(jī)齒輪、高速齒輪軸材質(zhì)選擇18CrNiMo7-6，低速軸材質(zhì)選擇42CrMo4，整體進(jìn)行熱處理。齒面經(jīng)高頻淬火和磨齒加工，提高齒輪的使用壽命[2]。

(4) 箱體材質(zhì)選擇Q345，整體焊接后進(jìn)行退火處理，后進(jìn)行精加工成型[3]。

2.2 潤(rùn)滑系統(tǒng)

(1) 減速機(jī)用耐高溫合成潤(rùn)滑脂進(jìn)行潤(rùn)滑，減速機(jī)輸入輸出軸采用耐高溫的VITON油封進(jìn)行密封。

(2) 為了避免外界高溫環(huán)境影響頂部軸承潤(rùn)滑，減速機(jī)頂部的軸承設(shè)計(jì)為封閉潤(rùn)滑脂集成的特殊進(jìn)口軸承,使用更換周期延長(zhǎng)到一年以上。高速傳動(dòng)傘齒輪設(shè)計(jì)有單獨(dú)的油泵進(jìn)行潤(rùn)滑，改變了原來(lái)齒輪依靠飛濺潤(rùn)滑的弊端，極大地延長(zhǎng)了傘齒輪的使用壽命，降低了成本。

(3) 矯直輥潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)為智能潤(rùn)滑方式。設(shè)置集中干油分配器，對(duì)其主動(dòng)、被動(dòng)矯直輥進(jìn)行定期自動(dòng)潤(rùn)滑并進(jìn)行實(shí)時(shí)電腦監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)分配器每個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警和趨勢(shì)化預(yù)警；潤(rùn)滑點(diǎn)出現(xiàn)故障，在電腦上出現(xiàn)報(bào)警，以方便檢修人員有針對(duì)性地對(duì)潤(rùn)滑故障點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)處理。一個(gè)區(qū)域單獨(dú)設(shè)置50個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)，共三個(gè)區(qū)域。分配器所有的數(shù)據(jù)采集需通過(guò)無(wú)線的方式傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng),從而避免大量布線對(duì)主設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響。根據(jù)潤(rùn)滑輥道數(shù)量及工作壓力，潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如下表2所列。

表2 潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

(4) 為減少智能潤(rùn)滑點(diǎn)的設(shè)置，在底座與連桿、上橫梁與底座、連桿與上橫梁的轉(zhuǎn)動(dòng)部位的軸上安裝自潤(rùn)滑銅套，降低制作成本，維護(hù)方便。

2.3 冷卻系統(tǒng)

(1) 冷卻系統(tǒng)采用集中循環(huán)的水冷方式，對(duì)底座、連桿、上橫梁、輥道進(jìn)行循環(huán)冷卻，水冷管連接處采用高壓金屬軟管，方便安裝更換。

(2) 變頻電機(jī)采用直通水冷卻方式冷卻，增大冷卻效果，避免電機(jī)過(guò)熱燒損電機(jī)。

(3) 增大矯直輥水道(輥內(nèi)水道)冷卻效果，設(shè)計(jì)制作矯直輥水冷支撐管，增大矯直輥輥身的冷卻效果，降低輥身的磨損。水冷支撐管整體為不銹鋼材質(zhì)，避免銹蝕；同時(shí)水冷支撐管在矯直輥輥身內(nèi)為浮動(dòng)連接，使冷卻水形成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。如圖2所示。

圖2 水冷支撐管冷卻循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

(4) 減速機(jī)冷卻方式設(shè)計(jì)為箱體內(nèi)置隔層水道及水冷盤管冷卻，可通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻水的流量和溫度，達(dá)到控制減速機(jī)潤(rùn)滑油溫度的目的。

3 其他優(yōu)化設(shè)計(jì)

(1) 快換接頭與矯直輥輥身設(shè)計(jì)為螺紋連接[4]，端面用退火后的紫銅板做密封墊進(jìn)行剛性密封，解決橡膠圈密封漏水問(wèn)題。

(2) 液壓缸活塞桿頭部采用自潤(rùn)滑球面軸承，減少集中潤(rùn)滑點(diǎn)的設(shè)置。

(3) 矯直輥軸承座軸承采用大游隙C3(C4)的滾子軸承，防止受熱膨脹后抱死，有效延長(zhǎng)矯直機(jī)換輥周期。

(4) 減速機(jī)與上橫梁把合孔設(shè)計(jì)為腰型槽結(jié)構(gòu)，通過(guò)上橫梁端面處兩個(gè)頂絲，實(shí)現(xiàn)鏈條的松緊調(diào)整。

4 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)方坯矯直機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)存在的結(jié)構(gòu)缺陷，通過(guò)對(duì)矯直機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與改造，目前上線使用的12臺(tái)新矯直流機(jī)動(dòng)力輸出平穩(wěn)，整體結(jié)構(gòu)緊湊，維修方便。潤(rùn)滑系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能控制，實(shí)現(xiàn)了由人工潤(rùn)滑向智能潤(rùn)滑的飛越。矯直機(jī)在線服役周期延長(zhǎng)到25～28天左右，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足現(xiàn)場(chǎng)工藝使用要求。實(shí)踐驗(yàn)證了對(duì)矯直機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與改造是成功的，為同類矯直機(jī)的改造提供了范例。