萬能軋機軋輥軸向竄動分析與控制

張繼翔

【摘要】隨著高速鐵路的迅速發展，重軌產品的質量要求越來越高，部分尺寸已達到板帶材精度的要求。本文結合萬能軋機生產重軌時出現的軋輥軸向竄動進行了影響分析、竄動值測量、原因分析及控制實施。

【關鍵詞】萬能軋機;軋輥軸向竄動;分析控制

1、前言

軋輥與兩端的軸承座連接在一起，上機后上輥在軸承座內無法移動，而下輥可通過軸向調整裝置實現軸向竄動。本文所述方法對軋輥軸向竄動進行了較好的控制，軋輥軸向竄動由4-5mm減少到1mm左右，大幅度降低了軋機軸向竄動值。

2、軋輥軸向竄動現狀分析

2.1軋輥軸向固定與磨損

軋輥與兩端的軸承座連接在一起，上機后上輥在軸承座內無法移動，而下輥可通過軸向調整裝置實現軸向竄動。使用中軸承座、軸承及軋輥連接緊密，軋輥相對于軸承的軸向竄動小，在軸承使用后期在0.3mm以內。

2.2軸向竄動的調整

萬能軋機采用四輥軋制，與普通軋制相比，控制難度較大，輥縫調整要求沿軋制中心線對中調整。在空載情況下，輥縫調零的目的就是確定機械的參照點，亦即上、下水平輥和左、右立輥輥縫壓靠，此時上、下水平輥軸向位置作為液壓動態軸向控制的基準，上、下軸承座均與上、下水平輥相連。

上下水平輥、左右立輥均采用電氣傳動控制。軸向位置采用液壓伺服閥控制。動態軋制過程中，勢必造成上、下輥軸向產生位移，為此系統采用保持板FC缸、增壓缸相互配合來保證上下水平輥的軸向位置。

動態軸向位置控制是以上輥軸向位置為基準，通過對下輥的軸向位置控制來完成動態的調整過程。控制系統由2臺PLC控制，其中一臺控制液壓平衡、伺服閥電源OK、位置傳感器、伺服閥的電流信號采集、液壓壓力采集、液壓缸位置行程編碼器、動態軸向偏差值計算、保持板（FC）基準值計算及增壓缸控制基準值計算等。另一臺PLC則進行液壓位置控制。

2.3軸向竄動值測量

2.3.1靜態測量

靜態測量是指換完輥并做完標定后用塞尺測量耐磨板3、耐磨板4的間隙。此時軋機沒有軋件通過，不存在軸向力，立輥標定力（500KN）只起定位作用，也會消除軋機各部位連接間隙，用塞尺測出的間隙值小于均0.1毫米。

2.3.2動態測量

動態測量是指軋件通過軋機時，測量耐磨板3、耐磨板4的間隙值。重軌軋制時指向傳動側的下輥軸向力達500-800KN，遠大于標定力，足以消除軋機各部位連接間隙，測出的間隙值通常在2-5mm之間。

軋輥軸向竄動主要是由于軸向力造成保持板的軸向磨損。磨損后的保持板在軸向力的作用下而出現位置偏移，導致孔型形狀出現變化而影響軋件的對稱性。軋機控制系統設計中，已考慮通過軸向調整來糾正下輥的軸向竄動，但實際軋制過程中，下輥竄動值必須知道才能調整。

軋機軸向竄動測量難度較大。選用通用的激光測距法存在軋機粉塵、水霧、反射面光潔度等的影響，測量精度1mm左右，顯然不能滿足要求。采用機械測量方式，則必須解決軋機現場空間小測量裝置的安裝固定，同時機械測量受連接間隙的影響必須考慮測量精度的問題。采用自主發明的軋機軸向竄動測量裝置進行測量，此裝置具備可靠、精度高、連接簡單的特點。

3、測量裝置的應用

采用自主發明的軋機軸向竄動測量裝置，結合工作原理對軋機保持板處理前各機架上下輥軸向竄動值進行測量。

從表中可以看出，軋制過程中對軸向竄動的實際值并不知道，調整時主要根據軋件在軋制過程中的出鋼平直度、扭轉程度以及上下斷面的對稱度來確定各道次軸向竄動調整值。值的大小完全根據現場經驗確定，與軋輥的實際竄動值存在一定的差距，上表中U1第道次調整值與實際值差3mm，導致軋件出鋼扭轉及上下斷面不對稱。

因此，要獲得準確的軸向調整值保證成品件的準確斷面形狀，必須動態測量出軋輥軸向竄動的實際值。同時，軋輥軸向竄動調整系統的主要目的是糾正保持板輕微的磨損間隙和改變軋件上下斷面的對稱性及軋件出鋼扭轉、平直度缺陷。對保持板產生的軸向間隙可通過機械處理進行減少或消除。

4、軋輥竄動的機械處理及效果

a）更換機架牌坊上與輥系相接觸的8件側耐磨板，消除了2-3mm間隙;

b）更換進出口窗口耐磨板1、耐磨板2各2塊，消除了保持板與窗口滑板間3-4mm的間隙;

c）保持板機架耐磨板3、耐磨板4入口側加墊0.4mm，出口側加墊1.2mm，保證了機架耐磨板與保持板窗口耐磨板間距;

d）提高下水平輥平衡油缸的壓力（從200bar提高到224bar）。

上述方法使各部的配合間隙在設計范圍內，并消除了操作側下水平輥AGC油缸與軸承座間存在的2mm間隙。采取以上方法進行處理后，軸向竄動值變小，軋輥與機架之間的間隙減小，軋輥在軋制過程中變得更加穩定。

結論：

（1） 萬能軋機軋輥軸向竄動主要是軋輥軸承座與機架連接的耐磨板在軸向力作用下的磨損間隙造成，特別是保持板耐磨板的磨損導致軸向竄動加劇。

（2）軸向竄動值在不能檢測時將造成軋件在孔型中斷面形狀不對稱，且出鋼彎曲度大、扭轉等影響產品質量及設備安全問題。

（3） 軋輥軸向竄動的動態測量復雜，需考慮機架空間、工作環境等的影響。自主開發的軸向竄動測量裝置解決了測量儀器安裝及測量精度的問題，裝置具有創新性，測量結果滿足生產要求。

（4）根據測量裝置的檢測結果，對造成軋輥軸向竄動的部位進行處理基本消除了軋輥的軸向竄動，大大提高了軋機的軋制精度。