中厚軋機錐形輥結構優化設計

張紅泉

（安陽鋼鐵股份有限公司）

中厚軋機錐形輥結構優化設計

張紅泉

（安陽鋼鐵股份有限公司）

錐形輥是中厚板軋機設備中的重要組成部分，主要介紹了中板廠錐形輥裝置的原理及特點，對該設備存在的問題與缺點進行了分析，并提出了相應的改進措施，通過對錐形輥輥身、軸承座、輥道架及相關設備的改造，取得了良好的實際效果。

錐形輥 輥道架 軸承座 優化設計

0 前言

輥道是中厚板生產中不可缺少的部分，完成了加熱爐、軋制設備以及其他輔助設備之間的鋼板傳遞。中厚板生產線上，軋機前后輥道還必須有轉鋼功能，用于橫軋過程的轉鋼操作。這部分輥道一般有3種形式：圓柱形輥道（單獨配轉鋼機）、階梯型輥道和錐形輥道，無論哪一種形式，其工作環境都比較惡劣，需要頻繁正反轉，又承受很大沖擊、熱輻射，并且還有氧化鐵皮及油水侵蝕。當軋件頭部向下彎曲時，輥道所承受的沖擊載荷非常大，造成該設備故障率較高。為了提高設備的使用壽命，降本增效，提升產品競爭力，對2 800 mm中板機組故障率較高錐形輥道進行了改造。

1 錐形輥道結構及組成

錐形輥道由直流電機、齒輪分配箱、輥道架、聯軸器、輥子部件組成，輥子采取相鄰交錯布置，采用集中傳動模式（如圖1所示）。

2 錐形輥裝置工作原理

中厚板機組粗軋機負責鋼坯的開坯、初步延展的工作，錐形輥裝置分別位于粗軋機的前、后兩側，緊鄰機架輥，是中板軋線的關鍵部位，由于鋼坯在開坯過程中需要調頭并往復軋制，錐形輥道利用交錯布置的輥子反向轉動來實現鋼坯調頭，再進入軋機進行軋制。由于錐形輥長時間的超負荷運行，經常出現輥子晃動嚴重，造成軸承座內軸承部位磨損、聯軸器損壞、軸徑斷裂、輥道架焊縫開裂等，甚至出現錐形輥斷裂的較大故障，直接造成軋機停車。錐形輥道參數見表1。

圖1 錐形輥布置形式

表1 錐形輥道參數

3 存在問題及分析

1）輥身磨損嚴重。由于錐形輥輥道是對向布置的，鋼坯在輥道表面只是線接觸，且因其轉速高，在啟動或制動時，會出現打滑，加速輥子接觸部位磨損，無法滿足生產需求。

2）聯軸器頻繁損壞。因錐輥輥身自重大，轉速高且頻繁正反轉，經常出現齒式聯軸器斷齒，不耐用，故障過多，處理起來費時費力，需要將輥子拆除后再進行聯軸器更換，十分麻煩，嚴重影響了正常的生產需要，每月故障多達10次以上，嚴重制約生產順行。

3）輥子軸頸和分配箱齒輪軸軸頸斷裂事故高發。由于軋機對鋼板往復軋制，致使軋制過程中對軋機及輔助設備沖擊較大，錐形輥是所受沖擊較大的設備之一。而且隨著品種規格的變化，以及工藝的更高要求，鋼坯重量增加，造成鋼坯經常沖擊錐形輥，在輥子軸頸和分配箱齒輪軸軸頸比較薄弱且應力集中的位置發生斷裂事故，對生產順行造成嚴重影響。

4）軸承座固定不牢靠，容易松動。由于輥道架止口設計不合理，且輥子所受沖擊較大，容易造成軸承座晃動，地腳螺栓定位失效。同時軸承座磨損、沖擊輥道架及止口，長時間使用導致惡性循環，最終致使輥道架止口定位失效，輥道架變形，錐輥蛇簧斷裂及軸承損壞，致使鋼坯軋制時控制難度增加，并且在生產過程中經常出現因錐形輥問題導致的鋼板劃傷、瓢曲缺陷板的軋制等質量問題，對鋼板的成材率影響較大。

4 改進方案

根據錐形輥道出現的問題，結合實際情況，提出了以下改進方案：

1）結合原有的設計技術參數及周邊設備結構，決定對原來的錐形輥部件進行優化改造；在生產過程中，軋機前后錐形輥輥面會出現嚴重磨損現象，無法滿足生產需求。為降低新備件采購成本，決定對錐輥輥面進行修復加工，首先對待修復錐形輥輥子表面利用機械加工的方法清除疲勞層并做表面預保護，然后再進行補焊，并提出相應的技術要求，根據輥子材質進行焊絲選擇，堆焊后的輥子經熱處理和機械加工，使錐形輥輥面具有較高的防腐蝕、抗蠕變、耐高溫、防（氧化皮）粘結的性能。使用過程中不降低強度，并保證輥面硬度均勻化，不出現掉塊、疲勞裂紋、剝落、輥面凹凸不平等影響使用的缺陷［1］。

2）將齒式聯軸器改為JS蛇簧聯軸器。JS蛇形彈簧聯軸器其主要結構是由兩個半聯軸節，兩個半外罩，兩個密封圈及蛇形彈簧片組成。運轉時，是靠嵌入兩個半聯軸節的齒槽內的蛇形彈簧片，將主動端齒面對蛇簧的軸向作用力帶動從動端，來傳遞扭矩。該聯軸器具有結構簡單，使用壽命長，承受變動載荷范圍大，運行可靠，傳動效率高.噪聲低，潤滑好，裝拆方便等優點；并具有一定的補償兩軸相對偏移和減振、緩沖性能。改造后杜絕了齒式聯軸器的斷齒問題，即使蛇簧聯軸器的蛇簧斷裂后，可以通過打開外殼快速的更換蛇簧，使得維修工作方便快捷、高效省力。大大的提高了聯軸器的使用壽命，同時提高了錐形輥子的使用壽命。改造前、后的齒式連軸器如圖2所示。

圖2 聯軸器改造

3）為了增強輥子軸頸的強度，將錐形輥輥子軸頭直徑尺寸由原來的Φ90 mm改為Φ120 mm，改造了定距套，去除軸肩位置，消除了應力集中點，徹底解決了錐形輥子斷輥事故。同時將分配箱輸出軸的軸頸也由Φ90 mm改為Φ120 mm，減少了分配箱輸出軸斷軸事故的發生［2］。改造前、后的輥子軸頭如圖3所示。

圖3 輥子軸頭改造

4）針對軸承座固定不良問題，將輥道架及軸承座止口改造，加大止口，增加穩定性，減少斷軸和接手損壞。將輥道架軸承 座止口寬度由原來的20 mm改為70 mm，止口高度由原來的20 mm改為40 mm，并且將兩側設計成1：10的錐面，錐面配合具有自動定心特點，大大提高了錐形輥軸承座在輥道架內的可靠性。輥道架立板厚度由原來的60 mm改為170 mm，底座厚度由原來的 55 mm改為70 mm，提高了錐形輥的整體穩定性及抗沖擊能力，從根本上解決錐形輥原設計存在的缺陷，相關的檢修工作量、備件消耗量也大幅降低；同時，因軋機錐形輥原因造成的鋼板質量問題可根本解決，對于提高軋制成材率提供有效的設備保證［2］。改造前、后的錐形輥及錐形輥輥道架分別如圖4、圖5所示。

圖4 錐形輥軸承座改造

圖5 錐形輥輥道架改造

5 實施效果

1）提高設備壽命，滿足生產需求。自結構優化以來，錐形輥裝置適應了生產的要求，更換周期由原來的6個月改為12個月，錐形輥輥道架更換周期由原來的24個月改為48個月，錐形輥分配箱的更換周期由原來的6個月改為14個月，故障頻次由改造前的6次／月，減少到現在的1次／月，進而解決了錐形輥道故障率高的難題，為2 800軋線的穩定生產提供了設備保障，改進前后設備壽命周期對比見表2。

表2 結構優化前后設備壽命周期對比

2）降低了備件消耗。錐形輥子因故障更換，每年可減少損失輥子26根，每根輥子0.6萬元，則可節約備件費26×0.6＝15.6萬元。聯軸器消耗每年減少20套，每套0.4萬元，可節約備件費20×0.4＝8萬元。輥道架相當于每年減少消耗1套，節約備件費用5.5萬元。

3）提高設備可靠性，降低勞動強度。通過優化改造保證了錐形輥道運行的穩定性和鋼坯輥道運輸過程中的可靠性，降低了該設備故障的同時也大大減輕了工人的勞動強度。

6 結語

通過對中厚板軋機錐形輥裝置結構優化，使錐形輥自身的裝配精度得到提高；錐形輥實現快速更換，下線后維修、維護更方便；提高了錐形輥的整體穩定性及抗沖擊能力。解決了原來錐形輥道設計使用能力的不足、結構上的缺陷，最大限度的提高了設備的使用壽命；同時維護檢修成本也大大降低，確保了軋制生產連續、穩定、高效。

［1］ 劉寶松.中厚板四輥粗軋機前后大型錐形輥道的設計［J］.山東冶金，1999，21（3）：35－37.

［2］ 成大先.機械設計手冊［M］.北京：化工出版杜，2007：235－237.

OPTIMUM DESIGN OF CONICALl ROLL STRUCTURE OF MEDIUM PLATE MILL

Zhang Hongquan
（Anyang Iron and Steel Stork Co.，Ltd）

The conical roll is an important part of the equipment of the plate mill.The principle and characteristics of the tapered roller device in the middle plate are introduced.The problems and shortcomings of the equipment are analyzed，and the corresponding improvement measures are put forward.Through the conical roller， bearing seat， roller frame and re?lated equipment transformation，and achieved good practical results.

conical roller roller stand bearing seat optimal design

2017—3—10