轧机下剥离器液压回路优化完善

彭 戎

（昆明工业职业技术学院，昆明 650302）

1 轧机下剥离器主要问题

2 轧机下剥离器工作原理

可逆式轧机的两套下剥离器分别安装在轧机下工作辊入口（出口）与喂料辊之间。当液压缸活塞杆向上顶出时，带动下剥离器绕其支撑轴旋转一定的角度放平后，正好扣紧在下工作辊护板的凹槽内。这样，轧制过程中，带钢从喂料辊送入轧机工作辊时，既能起到支撑带钢、让带钢平稳送入的作用，还能防止穿带时因带头下垂从喂料辊和护板间间隙插入缠辊的问题。

下工作辊护板与下工作辊两端轴承座用螺栓连接为一体，一是保护下工作辊，防止轧制过程中，带头刮伤辊面。二是起导位作用，防止轧制过程中带头插入下工作辊与下工作辊护板造成卷辊。正常情况下，下工作辊护板与辊面间留有1.5～2 mm间隙（图1）。

图1 轧机下剥离器工作原理示意图

3 轧机下剥离器故障原因分析

3.1 下剥离器原液压回路工作原理分析（图2）

液压回路由轧机液压系统供油，各状态液压缸进回油路为：液压缸活塞杆伸出，下剥离器扣下。3位4通电磁阀换向阀左电磁铁得电，工作于左位，则进油路：油源→电磁换向阀（左位，P→B）→液控单向阀（正向导通）→单向节流阀（单向阀）→两液压缸（无杆腔）。回油路：两液压缸（有杆腔）→单向节流阀（节流阀）→电磁换向阀（左位，A→T）→油箱。

图2 轧机下剥离器原液压回路

液压缸活塞杆缩回，下剥离器抬起。3位4通电磁换向阀右电磁铁得电，工作于右位，则进油路：油源→电磁换向阀（右位，P→A）→单向节流阀（单向阀）→两液压缸（有杆腔）。回油路：两液压缸（无杆腔）→单向节流阀（节流阀）→液控单向阀（被进油路控制油反向开启）→电磁换向阀（右位，B→T）→油箱。

液压缸锁紧。为防止下剥离器液压缸在带钢轧制过程中因受力而意外返回，下剥离器抬起造成意外事故，因此，在下剥离器扣住下工作辊护板后，若电磁换向阀两侧均失电，由于此阀为Y形中位，控制油直通油箱，控制压力立即消失，液控单向阀不再双向导通，液压缸无杆腔油液被封死便被锁紧。

图3 螺栓断面简图

3.2 液压缸缸盖螺栓崩断原因分析

3.2.1 故障现象。液压缸缸盖连接突然崩断，检查发现断口（图3）呈灰白色，可以看到光滑和粗糙两个较明显的区域，具有典型的疲劳破坏的断口特征。

3.2.2 验算连接螺栓强度。该连接属于受轴向工作载荷的紧螺栓连接，较重要，采用8个M12×70 mm，12.9级高强螺栓，其σb=1200 MPa，σs=1080 MPa。可计算螺栓组能承受的最大工作总负载，根据公式（1）计算得394 898.4 N。

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式中FQ——每个螺栓所受轴向总拉力，N。

d1——螺栓小径，本例d1=10.106 mm。

[σ]——螺栓材料的许用拉应力，MPa。

Z——缸盖螺栓个数，本例Z=8。

控制预紧力螺栓连接，因有一定冲击、振动，取安全系数S=1.2～1.5，则[σ]见式（2）计算得[σ]800 MPa。

计算螺栓组能承受的最大工作压力p，见式（3）计算得p=19.33 MPa≈20 MPa。

式中F——螺栓所受工作总负载，N。FQ=2.5F=F+F″，F=157 958.4 N，则螺栓残余预紧力F（″ 紧密连接），取F″=（1.5～1.8）F。

A——液压缸有效承压面积，mm，本例A=8171.2 mm2，无杆腔进油时，液压缸内径D，本例D=102 mm。

3.2.3 计算结论。可知液压缸缸盖螺栓最大承载能力为20 MPa，新到液压缸在实验台进行耐压测试，实验压力也仅为20 MPa，均与厂家供货说明书吻合。而该液压缸在实际使用中，用量程0～40 MPa测压表，接入液压回路进行压力检测。液压缸无杆腔进油时，实测压力为14 MPa。但在轧制过程中，只有第一、二道次压力基本接近14 MPa，此后压力就不断增大，最大时超过36 MPa。螺栓不仅严重过载，而且因为压力波动大，最终疲劳断裂。

3.3 护板变形、刮伤下工作辊原因分析

3.3.1 故障现象。成品钢卷表面有明显凸起的拱包，严重影响带钢的表面质量。停轧将上下工作辊移出检查，发现下工作辊护板变形，下工作辊表面有沟痕。

3.3.2 计算下剥离器正常工作时，对护板的压紧力，计算公式见式（4），下剥离器与护板受力分析见图4。据公式（4）得F=129.4 kN。下剥离器与护板受力分析图见图4，下剥离器液压缸简图见图5。

式中F1——下剥离器液压缸对下剥离器的推力，N。计算得F1=114 396.8 N。p1液压缸工作压力，p1=14 MPa。A1液压缸无杆腔有效作用面积，由前计算知A1=8171.2 mm2。p2液压缸回油压力，忽略管路压力损失，近似认为p2≈0。A2液压缸有杆腔有效作用面积，d为活塞杆直径。

F——护板对下剥离器的支持力，即下剥离器对护板的压紧力的反力，N。

L1、L2——两力对下剥离器支撑轴的力臂，mm。本例L1=475 mm；L2=420 mm。

3.3.3 结论。原回路，正常情况下，下剥离器对护板的压紧力接近13 t。当液压缸压力增加到14 MPa以上时，压紧力将与工作压力成正比例的增加。而由于带钢轧制过程中存在较大的冲击与振动，尤其是轧到带头与带尾时，情况更严重。经常造成护板连接螺栓的松动。在如此大的压紧力下，护板沿轴承座斜面，发生一定位移，紧贴下工作辊辊面，引起辊面刮伤。

3.4 引起液压缸无杆腔压力异常升高原因分析

图5 下剥离器液压缸简图

可逆式轧机依靠电机带动丝杆压下和HAGC油缸向上顶起调整辊缝。每轧完一个道次由电动压下粗调辊缝，而同一道次内由HAGC油缸自动控制微调辊缝，以保证带钢按给定的压下量轧出所要求的断面尺寸，并调整辊型以减小带钢的横向厚度差并控制板形，同时补偿工作辊辊径磨损带来的厚度偏差。HAGC油缸调整范围为0～1 mm，正常使用调整量约为 0.3～0.5 mm。

在轧制过程中，工作辊随着轧制带钢公里数的增加，辊身磨损量逐渐增加，为补偿磨损，HAGC油缸逐渐微量上移。当HAGC油缸带动下支承辊和下工作辊向上位移时，势必通过护板、下剥离器迫使液压缸活塞杆回缩。而安装在无杆腔油路中的液控单向阀却早已将油路锁死，由于液压介质体积弹性模量大，少量的体积缩小都将引起压力地迅速增大。于是，无杆腔压力不断递增。一旦护板紧贴下工作辊辊面，情况更加严重。

4 轧机下剥离器液压回路改进措施

4.1 改进措施

在无杆腔油口与单向节流阀之间增设溢流阀（启安全阀作用）。轧制过程中，当无杆腔压力增大到设定值时，阀口开启，对液压缸进行过载保护。在电磁换向阀进油口处增设减压阀，以降低回路实际工作压力，减小下剥离器对护板的压紧力（图6）。

4.2 计算各阀调定压力

4.2.1 计算下剥离器正常工作，实际所需工作压力。正常工作中，下剥离器液压缸活塞杆向上顶出时，先带动下剥离器绕支撑轴旋转一定的角度放平，此时，需要克服剥离器自重产生的阻力矩和运动部件的摩擦阻力矩。然后扣紧在下工作辊护板的凹槽内。以支撑带钢、防止缠辊。因这些力的实际计算有较大困难，考虑足够的安全性后，采用估算法。假定液压缸活塞杆向上顶出要推举下剥离器，则负载F=mg=29 400 N，式中m为下剥离器自重，m取3000 kg，g为重力加速度，取g=9.8 N。液压缸实际所需工作压力p=3.59 MPa。设回油压力为0。液压缸无杆腔有效作用面积取8171.2 mm2。从计算结果可知，即使在这种极限情况下，推动下剥离器也仅需不到4 MPa的工作压力。为确保轧制过程中，下剥离器能压紧护板，将液压回路实际工作压力调高到6 MPa（计算压力的1.67倍）。

图6 轧机下剥离器优化后的液压回路

4.2.2 设置各阀压力。减压阀调定压力为回路实际工作压力，即6 MPa。安全阀调定压力设为系统实际工作压力的1.1倍，即6.6 MPa≈7 MPa。

4.2.3 设定顺序。将压力表接入液压回路测压接头处，将安全阀调节螺钉拧松，减压阀调节螺钉拧紧，打开主进油路闸阀。当电磁阀左电磁铁得电，液压缸无杆腔进油活塞杆伸出推动负载时，看测压表，调整安全阀，到测压表读数为7 MPa时，停止调整，锁紧螺母，安全阀溢流压力设定完成。

看测压表，调整减压阀，到测压表读数为6 MPa时，停止调整，锁紧螺母，减压阀压力设定完成。各压力阀设定完成后，把测压表拆出，液压回路可以投入正常工作。

5 优化完善措施

热轧车间可逆式轧机下剥离器液压回路自采取上述优化完善措施后，工作至今没有再发生过类似的问题。极大地提高了设备作业率，备件消耗量和检修维护人员的劳动强度降低，对提高带钢表面质量起到积极作用。

［1］ 张平格.液压传动与控制［M］.北京：冶金工业出版社，2004.

［2］ 雷天觉，杨尔庄，李寿刚等.新编液压工程手册［M］.北京：北京理工大学出版社，1998.

［3］ 成大先主编.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2001.

［4］《重型机械标准》编写委员会编.重型机械标准［S］.北京：中国标准出版社，1998.