梅鋼1422產線粗軋立輥軋機傳動軸竄動分析

王華鋒

（寶武裝備智能科技有限公司南京分公司，江蘇 南京 210000）

1 存在問題

梅鋼1422產線粗軋區域有一臺兩輥軋機和一臺四輥可逆軋機，四輥可逆軋機是梅鋼為了提升產品規格和質量于2006年新建的一臺軋機，在四輥可逆軋機入口配有一套寬度控制裝置，稱為立輥軋機（也稱為E2軋機）[1]。一段時期內，在E2軋機生產軋制過程中，其傳動軸上部的主軸平衡油缸活塞桿會發生抬升現象。當活塞桿抬升至29mm時，系統就會發出位置報警信號。如果不及時恢復平衡缸的變化位置，使活塞桿繼續抬升下去，后續極易觸發跳車信號，導致設備發生急停故障，從而造成廢鋼事故的發生。

2 主軸平衡油缸報警設置方式和油缸動作分析

E2軋輥傳動軸上部主軸平衡油缸：①在換輥時，軋機開度打開到2860mm（指兩側軋輥中心線之間距離），進入換輥模式，油缸提升、傳動軸至接近開關觸發信號到位燈亮[2]。設計上最大和最小開度提升行程為665.9mm；②進入裝輥模式，新輥裝入并被打開至2860mm，軸被放下套入軋輥，同時報警位置信號和跳車位置信號顯示正常，主軸平衡提升缸下落行程590mm。報警位置信號和跳車位置信號與傳動軸提升裝置（位置檢測裝置）之間位置關系設置，如圖1所示。

圖1 E2設備報警點設置示意圖

E2軋輥傳動軸上部平衡油缸系統壓力設定情況如下：

（1）在換輥時，軋機開度打開到2860mm（指兩側軋輥中心線之間距離，輥徑最大1100mm），進入換輥模式，接著桿端液壓系統壓力120bar，盲端液壓系統壓力為0bar，軸被抬起與軋輥分離，隨后換輥作業。

（2）新輥裝入并被打開至2860mm，進入裝輥模式，然后桿端液壓系統壓力為0bar，盲端液壓系統壓力為20bar，加之軸重力作用被放下套入軋輥，同時報警位置信號和跳車位置信號顯示正常。

（3）換輥作業完成，軋機恢復運行狀態，桿端液壓系統壓力120bar，盲端液壓系統壓力為20bar，此時桿端液壓系統被單向閥相對鎖閉，主軸被平衡油缸保持在該坐標位置，不會因為軋輥開度變化而下落改變原有坐標位置。

液壓系統設計時，其平衡油缸采用了最常用的比例壓力控制方式，其主軸桿端平衡壓力由比例閥控制在120bar，油缸無桿腔的背壓一直維持在20bar，但是在實際生產過程中，E2立輥軋機和四輥可逆軋機軋制時，產生的振動對油缸兩腔的壓力造成了一定程度的波動[3]。

3 傳動軸在軋機開度開與合過程中投影高度變化

查閱軋機資料可知，E2立輥軋機最小開度（兩只軋輥中心線之間距離）為775*2=1500mm，最大開度（兩只軋輥中心線之間距離）為1430*2=2860mm，兩個極限位置變化所引起的傳動軸投影高度變量為75.9mm。而在此過程中，因平衡油缸系統使傳動軸上懸掛點坐標位置保持不向下變化，傳動軸投影高度的變量實際反映的是軸擺動角度變小，即軸與軋輥之間配合位置出現滑移，軸被相對提升（最大值75.9mm），如圖2所示。

圖2 E2立輥軋機最大開度和最小開度投影高度變化量

為了判斷E2立輥軋機主軸平衡油缸發生抬升是否與4輥可逆軋機來回5道次軋制工藝參數設置存在關系，對4輥可逆軋機整個軋制過程位置報警信號出現的各軋制參數進行了一系列的對照和比較，發現抬升位置報警信號的出現是隨機的，與工藝參數的設定無關，從E2軋機任意一個五道次設定來看傳動軸與軋輥配合位置滑移變化量和設定時間，如表1和表2所示。

表1 隨機選取E2軋機一個五道次設定來看傳動軸與軋輥配合位置滑移變化量

表2 隨機選取E2軋機一個五道次設定及工作過程時間

4 引起E2軋輥傳動軸竄動導致位置報警信號觸發的原因

通過上述分類分析，可以還原報警信號觸發的發生過程：

（1）由于現有E2立輥軋機主軸平衡油缸工作狀態為：新立輥裝入并被打開至2860mm，進入裝輥模式，接著桿端液壓系統壓力為0，盲端液壓系統壓力為20bar，軸被放下套入軋輥。同時，報警位置信號和跳車位置信號顯示正常，此后桿端液壓系統壓力120bar，盲端液壓系統壓力為20bar，主軸被平衡油缸保持在該坐標位置，軋機恢復運行狀態，且不會因為軋輥開度變化而向下滑落，但在外力作用可以上移。

（2）軋機報警位置信號與傳動軸提升裝置（擋鐵）之間位置關系為：理論上如果傳動軸提升（或被抬升）29mm，提升裝置（擋鐵）將超出信號檢測范圍，位置報警信號被觸發。

（3）根據上述隨機列表數據傳動軸與軋輥最大復位行程18mm（抬升距離），開度上單邊4s內水平移動310mm；而軋輥鎖緊環厚度磨損，軋輥安裝后下沉4.4mm，加上軸承孔橢圓及跑外圈，軋制過程中使軋輥中心線傾斜，上大下小。一方面軋制過程板坯形成向上竄動力（含配合間隙竄動量最大5.5mm），另一方面影響軋制過程中軸承、傳動軸與軋輥輥頭間工作受力狀態，產生一個螺旋向上的趨勢和動作。

如果上述過程中軋輥扁頭定位部分與傳動軸軸套不能及時滑移伸縮，出現摩擦卡阻，則因道次變化產生傳動軸滑移摩擦阻力，以及軋輥軸向竄動的摩擦阻力，將導致傳動軸被抬升（平衡油缸活塞桿被壓縮），液壓單向閥鎖失效，該油缸因此只升不降。當抬升累積達到29mm以上后，報警位置信號被觸發。

5 消除和減少報警位置信號觸發的措施

（1）對軋輥組裝使用的鎖緊環厚度磨損、襯套厚度、軸承座內孔磨損檢查進行把控，每次更換立輥時，將更換下線的軸承箱解體，測量鎖緊環厚度、襯套厚度和軸承座內孔尺寸，將上述磨損數據制表記錄進行跟蹤。一旦磨損接近圖紙要求的極限值，必須及時更換磨損件，杜絕軋制過程軋輥上下竄動。

（2）由于立輥開度打開到2860mm（指兩側軋輥中心線之間距離），軋制開度1760mm時，軋輥與軸套完全裝配到位。但在實際生產過程中，軋機開度在1300mm內，這樣使軋輥與軸套裝配間存在滑移，按照隨機列表五道次設定表，可知滑移量在12mm～30mm間波動。

每次精軋換輥時，可以對E2軋機開度做一次開合動作，使軋輥與軸套間滑移得到復位，同時報警信號位置允許抬升距離也得到恢復。

（3）軋輥頭部定位柱銷和軋輥扁頭下部定位軸直徑與軸扁頭相應配合間隙分別為0.49mm～0.67mm、0.52mm～0.75mm，顯示出軋輥頭部定位柱銷總是先接觸軸套，承擔軸與軋輥摩擦阻力，易造成軸被抬升現象。如果將軋輥頭部定位柱銷直徑減少0.3mm～0.5mm，可解決上述問題，且不造成傳動件之間的受力狀態變化。

（4）在軋輥組裝過程中，必須注入足夠的潤滑脂，從而保證軋輥頭部定位柱銷與孔之間得到有效潤滑，減小摩擦卡阻現象發生。

（5）將E2軋機傳動軸平衡油缸的控制閥塊由軋機上移到地面上，減少軋機軋制時產生的振動對比例閥、液壓單向閥鎖等液壓元件動作的干擾。

以上措施經過固化，形成標準化作業文件，未再觸發過E2立輥軋機主軸平衡缸位置報警信號。