提高輥道架使用壽命的研究

陸慶偉

(寶鋼工程技術集團有限公司 上海201900)

1 前言

輥道是軋鋼車間輸送鋼坯的主要設備，輥道設備重量占整個軋鋼車間設備總重量的40%左右，是軋鋼車間使用最多的設備。鋼坯進出加熱爐、在軋機上往復軋制、將終軋后的帶鋼輸送到卷取機等工作均由輥道來完成[1]。

輥道設備結構示意圖如圖1所示，輥道通過軸承座固定在輥道架上，動力由電機提供，電機與輥道連接方式多為鼓形齒聯軸器。

圖1 輥道結構示意圖

輥道輸送過程中，容易受到鋼坯的沖擊，尤其是R1軋機至R2軋機之間的輥道，鋼坯經R1軋制后，多數出現叩頭現象，個別叩頭嚴重的板坯在輸送過程中對輥道架沖擊很大。在這種工況下，如果輥道架不具備足夠的穩定性及強度，會直接影響輥道輸送的質量，輥道基礎也容易碎裂、下沉，進而會導致聯軸器、電機等備件消耗量的增加，更為嚴重的是，狀態惡化的輥道，會劃傷帶鋼下表面，影響產品質量。

輥道架的穩定性是輥道輸送質量的關鍵所在。

2 改造方案

2.1設計簡述

某熱軋廠輥道功能狀態不佳，具體表現為輥道基礎碎裂、下沉、輥道梁斷裂、聯軸器及輥道備件消耗量大等情況；究其原因，輥道架本身強度不足，且輥道架與基礎無防滑筋。根據現場實際情況對輥道架進行改造，設計優化前后輥道架截面如圖2所示。

a)原設計 b)優化設計圖2 輥道結構示意圖

2.2設計計算

根據該廠相關數據，對相關區域的輥道底梁進行原設計、優化設計前后的受力分析，原始參數如下：

(1)板坯最大重量43t，寬度1.9m，長度12m，厚度240mm；

(2)板坯運行速度5m/s；

(3)底梁材質：ZG20SiMn，屈服強度295MPa；

(4)板坯最大叩頭量：40mm；

(5)安全系數：δ=1.5～2(參照機械設計手冊第一卷-許用應力與安全系數)。

使用以上參數經ANSYS模擬碰撞分析(如圖3)，板坯碰撞輥子會產生2598225N的豎向力(如圖4)和1656778N的橫向力(如圖5)，這兩個方向的撞擊力將全部作用于兩側的底梁(如圖6)，經過應力分析，原底梁產生的最大應力為202.82MPa，且最大應力在扳手孔位置(如圖7)，以上計算均取板坯碰撞的極端值，實際使用中的應力比極端值偏小，故該處根據經驗取值安全系數為1.8，與最大應力相乘后達到360MPa，而底梁材料ZG20SiMn的最大屈服應力為295MPa，在長期使用中容易發生斷裂。

圖3 使用ANSYS模擬碰撞

圖4 板坯碰撞產生的豎向力

圖5板坯碰撞產生的橫向力

圖6 底梁受力分析

圖7 原底梁應力分析

加厚腹板后的底梁經過應力分析，產生的最大應力為156.16MPa(如圖8)，乘以安全系數后為280MPa，低于ZG20SiMn的屈服應力，新底梁的強度增加了1.3倍，更符合現場的實際情況，不會產生底梁斷裂現象。

圖8 新底梁應力分析

2.3其它

另外，原輥道架與輥道基礎僅通過地腳螺栓連接，設計優化后新增圖9所示的防滑筋，加大了輥道架與輥道基礎的粘合力，可以進一步提高設備的穩定性，增加設備使用壽命。

圖9 增加防滑筋的新底梁

3 結論

提出了增加輥道架腹板厚度、增加輥道架底板寬度、增設防滑筋等設計優化措施，來提高輥道架的穩定性及強度，從而提高使用壽命的設計方法；根據計算結果和實際使用效果檢驗，證明了該思路的正確性和有效性，達到了優化輥道設備狀態的目的，具有一定的推廣價值。