中厚板精軋機推床技術改造

謝國進

（廣西科技大學機械與汽車工程學院 廣西 柳州 545616）

1 前言

推床是中厚板軋機的重要輔助設備，其主要的功能是使正在軋制的鋼板能在錐輥輥道上對中，以保證鋼板能從軋機機架中部進入軋輥，有效降低鋼板兩側軋制力偏差，從而確保鋼板的軋制質量［1－2］。在中厚板精軋機推床改造前，設備主要存在以下問題：1）精軋機推床以電動機為動力，帶動各傳動部件運動，實現電動機的旋轉運動轉化為推床推桿的直線運動，推動鋼板在錐輥輥道面上對中，由于傳動方式是機械傳動，在對中過程中，鋼板對設備的沖擊力較大，容易導致設備損壞，造成設備故障率高。2）由于生產節奏的提升，軋機的軋制速度也相應提高，在軋制過程中，推床需要配合錐輥旋轉鋼坯并快速實現鋼坯對中，而電動機輸出的轉速經過蝸輪蝸桿減速機減速后，再經過齒輪齒條的傳動，使得推床推板直線運動速度提升有限，難以滿足提速要求，另外速度的提升，使得電動機及齒輪齒條機構故障增多，電機制動器啟動頻繁，導致故障頻發，增加了生產線的故障時間。3）該中厚板軋制生產線有2臺2800mm軋機，第一臺為粗軋機，第二臺為精軋機，粗軋機為后增加的設備，安裝在鋼坯加熱爐后，精軋機之前，為降低推床備品備件，占用庫存與資金，盡量保證兩臺設備的備品備件一致，改造設計中也充分利用現有的一些備件，以降低改造成本。因此有必要對2800mm 精軋機推床系統進行技術改造。

2 推床改造方案及實施

2.1 改造基本思路

1）推床動力采用液壓傳動，由液壓系統的執行元件液壓缸驅動推床機械部件，液壓系統可吸收推床機械部件的沖擊能量，從而保護齒輪、齒條等傳動部件，延長推床的使用壽命［3］。2）推床為液壓油缸驅動后，原蝸輪蝸桿減速機改為齒輪齒條結構，從而實現推床的低速啟動、高速運行、運動過程平穩及任意位置的高精度停位［4］。3）在減少因技改造成的備件浪費前提下，充分利用原有齒輪齒條滑塊箱體、推床箱體結構、推桿及推板，降低技術改造成本。4）改造前，要考慮與周邊軋機輔助設備（比如錐輥傳動系統）的空間位置干涉問題，避免相互影響，導致設備無法正常安裝。

2.2 推床工作原理

2800mm精軋機改造后推床布置圖如圖1所示，生產中鋼板或者鋼坯需要對中，由推床兩側推頭對中完成，對中油缸4活塞桿伸出，對中油缸動力裝置3的結構是齒輪齒條機構，對中油缸驅動齒條前進，齒條的直線運動轉化為齒輪旋轉運動，經裝置兩側的傳動軸將旋轉運動傳遞到傳動裝置（二）12，推桿11正下方是齒條結構，與傳動裝置（二）中的傳動齒輪配合，將齒輪的旋轉運動轉化為推桿的前進直線運行，同時，傳動裝置（二）12的正下方齒輪與一齒條配合，該齒條通過同步軸10與傳動裝置（一）7正下方的齒條連接在一起，帶動傳動裝置（一）中齒輪旋轉，上方的齒輪與推桿齒條配合，推動推桿及推頭9前進，輥道兩側推桿同時向軋制中心線移動，從而實現兩側推頭9對鋼板或者鋼坯的對中，壓輥裝置8主要對推桿起到支撐作用。對中工作完成后，返回油缸1的活塞桿由伸出變為收回動作，驅動返回油缸動力裝置2工作，返回油缸動力裝置也是齒輪齒條機構，工作原理同理推床對中的工作原理，使得輥道兩側的推桿及推頭能及時收回，為下次鋼板或者鋼坯對中做好準備。

圖1 2800mm精軋機改造后推床布置示意圖

2.3 推床液壓系統主要參數計算

精軋機后推床，其技術參數要求如下：

工作最大開口度 3700mm；

工作最小開口度 700mm；

推床最大推力 50kN；

前進速度（對中） 0.3m／s；

后退速度（返回） 0.6m／s；

對中油缸 Φ140mm／100mm－1240mm；

返回油缸 Φ80mm／56mm－790mm。

推床動力傳遞簡圖如圖2所示，各齒輪參數在圖中已標出，依據推床技術指標要求，設計油缸液壓系統原理圖，確定液壓系統的兩個重要參數：系統壓力、流量。

圖2 推床動力傳遞簡圖

推床動力傳遞簡圖中，已標出齒輪齒數、模數等參數，可知推頭、對中油缸及返回油缸受力大小之間的轉換關系式：

式中：Fq─對中油缸負載；

Ft─推床單側推頭推力；

Fh─返回油缸負載。

同理，可知推頭、對中油缸及返回油缸速度大小之間的轉換關系式：

式中：vq─對中油缸速度；

vt─推床單側推頭速度；

vh─返回油缸速度。

工作油缸壓力：

式中：P─油缸壓力；

F─油缸負載；

S─作用油缸有效面積。工作油缸所需流量：

式中：Q─油缸所需流量；

v─油缸活塞運動速度。

推床對中時，僅對對中油缸施加載荷，返回油缸無壓力；推床返回時，僅返回油缸施加載荷，對中油缸無壓力，以此計算液壓系統最大工作壓力。另外，在負載為零的情況下，若剛好能讓推床推桿啟動對中動作，需要克服設備本身部件機械及摩擦阻力，對中油缸壓力大小在1.8MPa左右，依據推床技術參數及式（1）－（4）可以計算出系統最大工作壓力，對中油缸及返回油缸的速度及流量，見表1所示。

表1 對中油缸及返回油缸的速度及流量

上述計算結果表明，油缸在對中或者返回時，對應的系統流量變化不大，不會造成系統流量較大波動，油缸活塞桿伸出較收回速度慢，是由于油缸無桿腔與有桿腔有效作用面積大小不一樣，保證了油缸返回速度是對中速度大小的2倍，另外壓力油口P，回油口T，泄油口L在圖3中已標出。電磁換向閥5的電磁鐵BDT2得電、電磁換向閥8的電磁鐵DT3得電，對中油缸、返回油缸活塞桿伸出，推床推桿對中動作；同理，電磁換向閥5的電磁鐵BDT1得電、電磁換向閥8的電磁鐵DT4得電，對中油缸、返回油缸活塞桿收回，推床推桿返回動作；電磁換向閥電磁鐵都不得電，則油缸都不動作。

圖3 推床對中、返回油缸液壓原理及換向閥動作表圖

2.4 改造實施

由于改造后的推床與原有推床結構及工作原理方面有差異，造成現場設備安裝情況有一定區別，在推床設計及現場安裝施工時需要注意：1）由于設備安裝場現場地面下方是油站，靠近錐輥輥道架部分混凝土層有漏空，需要重新鋪設4塊2000mm×4000mm×50mm的鋼板，采用地腳螺桿固定鋼板，作為設備安裝基礎。2）設備的標高及混凝土基礎不一樣，需要重新設計及施工土建基礎，如對中油缸、返回油缸采用混凝土基礎；另外，由于設備標高的差異，需要設計設備鋼板底座以便安裝，如圖1中傳動裝置（一）、傳動裝置（二）及壓輥裝置的鋼板底座。3）壓輥裝置、推桿、推頭及同步軸與改造后推床相對應的零部件參數一致，可以再次利用，降低改造成本。4）依據對中油缸及返回油缸前面部分計算結果，設計液壓站及布局液壓管路，滿足系統壓力及流量的要求，使推床推桿動作能達到推力及速度要求。在充分考慮了這些因素后，對現場安裝的設備零件及裝配圖進行了設計，設備采購回廠后，進行了檢驗驗收、試車等工作，利用生產線設備停產大修時間，組織施工人員對原有推床設備進行了拆除，重新制作設備基礎，安裝設備底座，澆灌混凝土基礎，按照圖紙設計要求，對改造后的推床系統進行了安裝、調試及試車。經過一段時間的生產實際運行，改造后的推床系統能滿足企業生產要求。

3 結論

本文通過分析2800mm中厚板精軋機推床存在的問題，如鋼板對推床設備的沖擊力大、對中速度提升有限及設備故障率高等問題，采用了以液壓驅動結合機械傳動的新型推床系統，并依據生產現場設備安裝實際情況，對推床系統進行了設計改造，經過一段時間的生產實際運行，設備運行可靠，故障時間明顯減少，提高了生產效率，為企業創造了一定的經濟效益。