一種方坯矯直機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用*

文 鵬，王玉成

(酒鋼集團(tuán)西部重工股份有限公司，甘肅 嘉峪關(guān) 735100)

0 引 言

在冶金行業(yè)煉軋工序中，方坯矯直機(jī)是很重要的一種設(shè)備。從結(jié)晶器成型的方坯，必須經(jīng)過矯直機(jī)的矯直，才能進(jìn)入到下一道工序。冶金行業(yè)目前使用的矯直機(jī)，由于長時(shí)間在高溫環(huán)境中使用，加之原來設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)存在缺陷，減速機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)打齒、輥道軸承抱死、傳動(dòng)鏈條拉斷、機(jī)架變形等問題，增加了檢修次數(shù)，嚴(yán)重影響矯直產(chǎn)量。

針對矯直機(jī)存在的上述問題，結(jié)合現(xiàn)場使用經(jīng)驗(yàn)，對減速機(jī)的齒輪潤滑、箱體中油溫冷卻、輥道冷卻潤滑、機(jī)架冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)與改造，使矯直機(jī)在線服役周期由10～12天提高到25～28天，一年創(chuàng)造利潤1 300多萬元。

1 矯直機(jī)工作原理及問題

矯直機(jī)是對金屬型材、棒材、管材、線材等進(jìn)行矯直的設(shè)備。其工作原理是：輥?zhàn)拥奈恢门c被矯直制品運(yùn)動(dòng)方向成直線或某種角度，在主動(dòng)輥?zhàn)拥膸?dòng)下，被矯直的型材在主動(dòng)輥?zhàn)优c被動(dòng)輥?zhàn)又g的液壓缸壓力作用下不斷地作直線運(yùn)動(dòng)，通過矯直輥對型材進(jìn)行擠壓使其改變直線度，最后達(dá)到矯直的目的。

矯直機(jī)常時(shí)間在高溫環(huán)境中使用，矯直輥軸承不能有效潤滑(人工不定期潤滑)，會(huì)出現(xiàn)軸承抱死、轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活的現(xiàn)象；減速機(jī)冷卻系統(tǒng)不完善，導(dǎo)致減速機(jī)潤滑油出現(xiàn)“開鍋”現(xiàn)象，影響減速機(jī)齒輪潤滑，出現(xiàn)齒輪嚴(yán)重磨損及打齒現(xiàn)象；由于矯直輥軸承潤滑不暢軸承抱死，導(dǎo)致傳動(dòng)鏈條拉斷?？傊?，傳動(dòng)系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障，增加了檢修的次數(shù)，增大了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，嚴(yán)重影響方坯的矯直產(chǎn)量。為提高方坯矯直產(chǎn)量，對矯直機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造勢在必行。

2 矯直機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

優(yōu)化設(shè)計(jì)的新型矯直機(jī)主要包括以下結(jié)構(gòu)：①矯直機(jī)底座，主要用于支撐矯直機(jī)的傳動(dòng)、液壓系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞；②上橫梁，主要用于矯直機(jī)減速機(jī)的固定及減速機(jī)潤滑油的冷卻；③連桿，主要用于固定液壓缸及壓力傳導(dǎo)時(shí)形成的連桿機(jī)構(gòu)；④矯直輥智能潤滑系統(tǒng)，主要對矯直輥進(jìn)行不定期潤滑并實(shí)施潤滑檢測。矯直機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 矯直機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)

傳動(dòng)系統(tǒng)重點(diǎn)改變減速機(jī)潤滑結(jié)構(gòu)、冷卻結(jié)構(gòu)、齒輪材質(zhì)及熱處理、傳動(dòng)鏈條的結(jié)構(gòu)及型號。根據(jù)矯直機(jī)輥徑、矯直拉力及矯直速度，矯直機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所列。

表1 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

(1) 主動(dòng)矯直輥、被動(dòng)矯直輥采用鏈條、鏈輪傳動(dòng)。采用臥式SEW減速機(jī)結(jié)構(gòu)形式(或國產(chǎn)硬齒面減速機(jī))，將小鏈輪與減速機(jī)輸出軸直接連接，通過鏈條與主動(dòng)矯直輥大鏈輪連接，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)矯直輥動(dòng)力的傳遞。傳動(dòng)電機(jī)配備變頻水冷6級電機(jī)。根據(jù)矯直輥外徑φ320 mm、矯直輥轉(zhuǎn)速，減速機(jī)轉(zhuǎn)速比按12 r/min配置[1]。傳動(dòng)電機(jī)由減速機(jī)上的支撐套支撐，并通過梅花彈性聯(lián)軸器連接(或膜片聯(lián)軸器)，實(shí)現(xiàn)水冷電機(jī)的快速拆卸與更換。

(2) 根據(jù)方坯矯直壓力，鏈條型號選擇32A-2雙鏈鏈條,增大鏈條的抗拉載荷[2]。

(3) 減速機(jī)齒輪、高速齒輪軸材質(zhì)選擇18CrNiMo7-6，低速軸材質(zhì)選擇42CrMo4，整體進(jìn)行熱處理。齒面經(jīng)高頻淬火和磨齒加工，提高齒輪的使用壽命[2]。

(4) 箱體材質(zhì)選擇Q345，整體焊接后進(jìn)行退火處理，后進(jìn)行精加工成型[3]。

2.2 潤滑系統(tǒng)

(1) 減速機(jī)用耐高溫合成潤滑脂進(jìn)行潤滑，減速機(jī)輸入輸出軸采用耐高溫的VITON油封進(jìn)行密封。

(2) 為了避免外界高溫環(huán)境影響頂部軸承潤滑，減速機(jī)頂部的軸承設(shè)計(jì)為封閉潤滑脂集成的特殊進(jìn)口軸承,使用更換周期延長到一年以上。高速傳動(dòng)傘齒輪設(shè)計(jì)有單獨(dú)的油泵進(jìn)行潤滑，改變了原來齒輪依靠飛濺潤滑的弊端，極大地延長了傘齒輪的使用壽命，降低了成本。

(3) 矯直輥潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)為智能潤滑方式。設(shè)置集中干油分配器，對其主動(dòng)、被動(dòng)矯直輥進(jìn)行定期自動(dòng)潤滑并進(jìn)行實(shí)時(shí)電腦監(jiān)測。系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)分配器每個(gè)潤滑點(diǎn)的檢測，實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警和趨勢化預(yù)警；潤滑點(diǎn)出現(xiàn)故障，在電腦上出現(xiàn)報(bào)警，以方便檢修人員有針對性地對潤滑故障點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)處理。一個(gè)區(qū)域單獨(dú)設(shè)置50個(gè)潤滑點(diǎn)，共三個(gè)區(qū)域。分配器所有的數(shù)據(jù)采集需通過無線的方式傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng),從而避免大量布線對主設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響。根據(jù)潤滑輥道數(shù)量及工作壓力，潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)如下表2所列。

表2 潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

(4) 為減少智能潤滑點(diǎn)的設(shè)置，在底座與連桿、上橫梁與底座、連桿與上橫梁的轉(zhuǎn)動(dòng)部位的軸上安裝自潤滑銅套，降低制作成本，維護(hù)方便。

2.3 冷卻系統(tǒng)

(1) 冷卻系統(tǒng)采用集中循環(huán)的水冷方式，對底座、連桿、上橫梁、輥道進(jìn)行循環(huán)冷卻，水冷管連接處采用高壓金屬軟管，方便安裝更換。

(2) 變頻電機(jī)采用直通水冷卻方式冷卻，增大冷卻效果，避免電機(jī)過熱燒損電機(jī)。

(3) 增大矯直輥水道(輥內(nèi)水道)冷卻效果，設(shè)計(jì)制作矯直輥水冷支撐管，增大矯直輥輥身的冷卻效果，降低輥身的磨損。水冷支撐管整體為不銹鋼材質(zhì)，避免銹蝕；同時(shí)水冷支撐管在矯直輥輥身內(nèi)為浮動(dòng)連接，使冷卻水形成一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)。如圖2所示。

圖2 水冷支撐管冷卻循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

(4) 減速機(jī)冷卻方式設(shè)計(jì)為箱體內(nèi)置隔層水道及水冷盤管冷卻，可通過調(diào)節(jié)冷卻水的流量和溫度，達(dá)到控制減速機(jī)潤滑油溫度的目的。

3 其他優(yōu)化設(shè)計(jì)

(1) 快換接頭與矯直輥輥身設(shè)計(jì)為螺紋連接[4]，端面用退火后的紫銅板做密封墊進(jìn)行剛性密封，解決橡膠圈密封漏水問題。

(2) 液壓缸活塞桿頭部采用自潤滑球面軸承，減少集中潤滑點(diǎn)的設(shè)置。

(3) 矯直輥軸承座軸承采用大游隙C3(C4)的滾子軸承，防止受熱膨脹后抱死，有效延長矯直機(jī)換輥周期。

(4) 減速機(jī)與上橫梁把合孔設(shè)計(jì)為腰型槽結(jié)構(gòu)，通過上橫梁端面處兩個(gè)頂絲，實(shí)現(xiàn)鏈條的松緊調(diào)整。

4 結(jié) 語

針對方坯矯直機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)存在的結(jié)構(gòu)缺陷，通過對矯直機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與改造，目前上線使用的12臺新矯直流機(jī)動(dòng)力輸出平穩(wěn)，整體結(jié)構(gòu)緊湊，維修方便。潤滑系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能控制，實(shí)現(xiàn)了由人工潤滑向智能潤滑的飛越。矯直機(jī)在線服役周期延長到25～28天左右，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足現(xiàn)場工藝使用要求。實(shí)踐驗(yàn)證了對矯直機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與改造是成功的，為同類矯直機(jī)的改造提供了范例。