型鋼推鋼機導向桿斷裂原因分析

摘要：文章通過對型鋼推鋼機導向桿的斷裂原因進行分析，將理論力學及材料力學相關知識應用到了生產實際中，找出了導桿斷裂的原因。

關鍵詞：型鋼推鋼機；導向桿；剪切應力；傾翻力矩；導桿斷裂 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG305 文章編號：1009-2374（2015）23-0081-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.042

1 概述

型鋼推鋼機的作用是將冷鋼坯推入加熱爐進行加熱。推鋼機是軋鋼工序中第一個主體設備。推鋼機有幾種傳動形式，比較典型的有液壓傳動、齒輪齒條傳動等。型鋼推鋼機采用液壓傳動形式。該設備是由液壓缸、推頭、導向桿等部件組成。導向桿是為了保證推鋼機前后移動的同軸度。2014年8月23日，推鋼機導桿與推頭連接處斷裂。事后對斷裂原因進行了分析，除了操作方面的原因外，設計方面也存在著一定的問題。該設備在設計時只是考慮了一種布鋼模式，而未充分考慮所有的布鋼模式。因此，在實際運行過程中，有可能出現超過負荷的現象。

2 型鋼推鋼機的相關參數

2.1 型鋼推鋼機的工作原理

型鋼推鋼機的簡圖如圖1所示：

由圖1我們可以看出，由液壓缸推動推頭，由推頭將鋼坯向前推動，而后面的鋼坯將前面的鋼坯向前推動，這樣逐級將推力傳遞出去，從而推動了整個加熱爐的鋼坯向前移動。

2.2 加熱爐的布鋼形式

型鋼廠鋼坯規格為250mm×250mm或250mm×350mm。其加熱爐規格為8m×28m。加熱溫度為1200℃。

加熱爐的布鋼形式有三種，如圖2所示：

由圖2可以看出，第一種和第三種布鋼形式，1#、2#推鋼機的推頭能夠均勻受力，不會產生傾翻力矩，因而不會使導桿產生剪切應力。而第二種布鋼形式則會使推頭單邊與鋼接觸受力，從而產生傾翻力矩，進而使導桿產生剪切應力，久而久之，導桿便會斷裂。

2.3 計算前的相關參數的確定

3 計算分析

3.1 推鋼機受力分析

如圖3所示，推鋼機在推鋼的過程中，液壓缸對推頭的力為F，鋼坯給推頭一個反作用力，為了讓鋼坯移動，F≥。F與會形成力偶，而為使系統達到平衡，那么該力偶會被別的力偶抵消掉，因此，可以推斷在導向桿的支撐架上會產生作用力、；、，而這些力之間會形成反方向的力偶，從而抵消F與的力偶的作用。而根據現場斷面的情況來看，導向桿類似于剪切斷面，因而推斷導向桿與推頭接觸處存在著剪切應力。另外，從現場觀察來看，在單邊受力的情況下，如果要將鋼推動，推頭會傾斜25°左右，因而液壓缸對推頭的推力F如圖4所示。力F可以分解為、。

3.2 計算前的一些假設

為了使計算方便，更為了能夠盡快地找出導桿斷裂的主要原因，我們做如下假設：

由于兩個導桿對稱，假設其受力完全一樣，==P；==Q。因而推鋼機的受力分析圖可如圖5所示：

3.3 計算參數

3.4 計算剪切力

雖然通過計算得出剪切應力小于剪切許用應力，但是實際剪切應力值已經接近許用應力。而且考慮兩邊有可能受力不對稱，另外加上推鋼機的工況及反復操作等原因，導桿與接推頭接觸的地方反復產生交變應力，也有可能使導桿疲勞斷裂。

4 結語

通過以上的計算并結合相關分析，導桿斷裂的原因是：（1）設計時未充分考慮到型鋼的布鋼形式，忽略了剪切應力對導桿的影響；（2）導桿與推頭結合處倒角過小，使得應力集中。解決方法有：（1）盡量調整布鋼形式，使推頭兩邊均勻受力，盡量減少由于單邊而產生的剪切應力；（2）將導桿與推頭連接件重新加工，增加結合面的倒角，分散應力；（3）重新計算，重新設計導桿的結構及尺寸，對設備進行改造。

本文利用理論力學及材料力學的原理對推鋼機導桿斷裂原因進行了分析，而為了使計算方便，設置了一些假設，并利用了一些估算的方法，使得計算結果與真實情況略有差異。如果想要得到更為精確的結果，還是要利用計算機的一些軟件進行模擬、仿真。但是，在精度不是很高的設備上利用該方法進行分析，對設備問題進行定性的判斷，這些方法還是很有效果的。

參考文獻

[1] 劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2] 成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，1993.

作者簡介：馬寧輝（1978-），男，重慶鋼鐵（集團）有限責任公司工程師，研究方向：機械工程。

（責任編輯：秦遜玉）