型鋼短應力萬能軋機立輥彈跳精度探究

韓海生 王建東 于雷雷 辛本龍 翟 兵

1.前言

型鋼短應力萬能軋機由4根絲桿連接兩側上下4件軸承座安裝上下水平輥，立輥裝置分別安裝于機架兩側，軋輥軸向豎直方向安裝（如圖1）。單架軋機2支水平輥、2支立輥，4支軋輥共同形成“H”孔型。因水平軋制力直接作用于軋機絲桿結構較為簡單，本文不做探究。

圖1 軋機立輥結構示意圖

萬能軋機立輥裝置分別為傳動側和工作側兩部分獨立部件，且兩側立輥分別固定于軋機機架兩側，共同與軋機機架裝配的水平輥形成“H”孔型。因此，在提升立輥裝置自身精度同時，需綜合考慮在進行軋制作業時，受軋制力作用軋機機架、連接螺桿等部件對立輥彈跳的影響。

本文在探究提升萬能軋機立輥精度時以日照鋼鐵現有小型鋼產線軋機為例進行分析。利用現有軋機進行升級改造，在提升軋機精度同時，可大大降低設備資金的投入。

2.軋機立輥彈跳的結構分析

2.1 軋機立輥結構

通過對立輥應力線進行分析可知，立輥軋制力通過立輥輥系依次傳遞。立輥支架，通過M100立輥螺栓、軋機機架，軋機機架通過抗彎矩形變傳遞至M72機架螺栓，雙側機架螺栓共同作用于導衛梁形成封閉應力線（見圖1）。立輥輥系統受設備結構的限制，造成了彈跳為裝配間隙。可通過輥系裝配前備件檢查，公差準確控制，保證裝配間隙。

2.2 螺栓鎖緊力分析

此應力線中，多重連接導致軋制力傳遞效率降低。螺栓連接由機架螺栓和立輥螺栓傳遞連接，軋機單側由6套M72機架螺栓連接和4套M100立輥螺栓連接，參考螺栓緊固標準M72螺栓所需緊固最大扭矩為26783Nm，最大預緊力為1265KN，M100螺栓所需最大扭矩為75206Nm，最大預緊力為2558KN。

按螺栓的拆松力矩為鎖緊力矩的1.2～1.5倍計算，M72螺栓的緊固扭矩為26783Nm÷1.5=17855Nm，M100螺栓的緊固扭矩為75206Nm÷1.5=50136Nm。

現場實際受作業效率及緊固工具限制，測得現場螺栓的緊固扭矩均在17150±5%之間。因此，機架螺栓的緊固扭矩，基本能夠滿足所需緊固扭矩需求，而立輥螺栓所需緊固扭矩僅能達到34.2%，遠低于螺栓緊固所需的緊固扭矩。

2.3 導衛梁的拉伸形變分析

立輥應力線內，軋機雙側立輥共同作用于軋機機架中間導衛梁上，由軋機上下位置和出入口四個位置的圓鋼焊接固定，圓鋼直徑為φ168mm，受雙側拉力作用及立輥應力線的立輥軋制力。由于當前國內產線型鋼短應力軋機的自動化程度相對較低，無法準確測得立輥彈跳值。取日常經驗值，立輥軋制力在1960KN左右，單支導衛梁的受力為490KN。故測算導衛梁的拉伸形變：

變形量ΔL=拉力F×圓鋼長度L/（鋼材彈性模量E×圓鋼截面面積S）

結構用鋼材Q235、Q345、Q390、Q420及Q460的彈性模量為：E=206000MPa。

ΔL=490×103N×610mm/[206000MPa×3.14×(610mm/2)2]≈0.005mm

說明導衛梁發生的拉伸形變處于正常條件，對彈跳值幾乎無影響。

3.立輥應力線的探究改造

3.1 軋機立輥應力線原因分析、控制措施及改進方向

3.1.1立輥輥系內裝配間隙，受結構形式限制，裝配機構無法進行改變，因此只能通過裝配過程中的尺寸精度檢查，保證備件處于正常公差范圍內，以有效控制裝配后輥系精度。

3.1.2立輥螺栓所需鎖緊扭矩不足，現場實際緊固鎖緊力僅能達到所需緊固扭矩的34.2%，為立輥應力線中最為薄弱的環節，也是造成立輥彈跳的主要原因。

3.1.3機架螺栓的所需緊固扭矩雖然能夠達到緊固需求，但受立輥應力線內拉力而發生拉伸塑性形變。因螺栓長度較短，螺栓使用正常無破斷等異常情況，因此可判定，機架螺栓完全能夠滿足應力線內鎖緊力要求。

3.1.4通過測算得知，導衛梁受拉力拉伸形變對軋機彈跳值幾乎無影響。

綜上，造成立輥應力線內主要原因是螺栓緊固扭矩不均衡、立輥螺栓鎖緊扭矩不足。

3.2 軋機結構改進應用

為充分保證改造軋機與原軋機的通用性，有效降低設備改造投資，通過分析并結合現有軋機結構，在保證軋機原始外形尺寸情況下，對軋機機架螺栓和立輥螺栓進行改進。

3.2.1機架螺栓改造。軋機導衛梁做成中空結構，將軋機兩側機架螺栓改為貫穿機架的通桿。單側安裝液壓螺母結構，另一側安裝防松雙螺母。由螺栓扭矩緊固形式改為液壓螺母預應力鎖緊形式。

3.2.2立輥螺栓改造。在保證正常裝配效率的作業條件下，將立輥螺栓立輥端改為液壓螺母，機架端改為T型旋轉頭，快捷固定于軋機機架內。

3.2.3軋機鎖緊的穩定性靠液壓螺母來提升，有現場備件的通用性。液壓螺母設計為統一型號，并充分利用現有立輥支架。液壓螺母有桿徑與缸徑設計分別為110mm/160mm，鎖緊壓力設定為47MPa。

F (拉力) = P (設定壓力)×S (油缸有效作用面積)

F=47MPa×3.14×[(160mm/2)2-(110mm/2)2]=498082.5N（約498.08KN）

機架連接液壓螺母與立輥液壓均為4支分布，即軋機可實現498.08KN×4=1992.33 KN的預緊力。預緊力＞經驗值立輥軋制力1960KN，實現了立輥的應力線的精度控制。

對軋機完成改造后，在軋機立輥應力線內，軋機機架貫穿螺桿，完全將軋機工作側與傳動側機架形成整體，立輥液壓螺母將立輥支架與軋機機架形成穩固整體，并形成預應力，理論上消除了立輥應力線內因連接件受力，出現塑性形變造成的軋機彈跳問題。

4.結論

通過對軋機立輥應力線內設備受力條件和現場實際作業情況分析，針對軋機結構進行優化，通過安裝液壓螺母，形成軋機立輥應力線內的預應力，提升軋機的穩定性及剛度，實現軋機精度的提升。

（1）通過液壓螺母的使用，使立輥支架與軋機機架之間的連接形成了預應力，使立輥彈跳的問題得到極大改善，通過對現場實際檢測輥縫的數據記錄，立輥彈跳值由4mm左右降至0.7mm左右，彈跳精度提升82.5%。

（2）采用液壓螺母的液壓鎖緊形式，消除了原使用現場敲擊扳手緊固形式，在完全保證準確預緊力的情況下，極大降低了現場作業人員勞動強度，提升作業效率。

（3）本次改造僅通過對軋機機架、軋機導衛梁改造，安裝了液壓螺母，就實現了立輥彈跳值82.5%的提升，其改造部件重量僅占軋機單重的15%。由此證明，軋機應力線內設備的改造，完全可以用較低的成本改造原軋機，實現全線軋機設備的升級。

參考文獻略