中厚轧机锥形辊结构优化设计

张红泉

（安阳钢铁股份有限公司）

中厚轧机锥形辊结构优化设计

张红泉

（安阳钢铁股份有限公司）

锥形辊是中厚板轧机设备中的重要组成部分，主要介绍了中板厂锥形辊装置的原理及特点，对该设备存在的问题与缺点进行了分析，并提出了相应的改进措施，通过对锥形辊辊身、轴承座、辊道架及相关设备的改造，取得了良好的实际效果。

锥形辊 辊道架 轴承座 优化设计

0 前言

辊道是中厚板生产中不可缺少的部分，完成了加热炉、轧制设备以及其他辅助设备之间的钢板传递。中厚板生产线上，轧机前后辊道还必须有转钢功能，用于横轧过程的转钢操作。这部分辊道一般有3种形式：圆柱形辊道（单独配转钢机）、阶梯型辊道和锥形辊道，无论哪一种形式，其工作环境都比较恶劣，需要频繁正反转，又承受很大冲击、热辐射，并且还有氧化铁皮及油水侵蚀。当轧件头部向下弯曲时，辊道所承受的冲击载荷非常大，造成该设备故障率较高。为了提高设备的使用寿命，降本增效，提升产品竞争力，对2 800 mm中板机组故障率较高锥形辊道进行了改造。

1 锥形辊道结构及组成

锥形辊道由直流电机、齿轮分配箱、辊道架、联轴器、辊子部件组成，辊子采取相邻交错布置，采用集中传动模式（如图1所示）。

2 锥形辊装置工作原理

中厚板机组粗轧机负责钢坯的开坯、初步延展的工作，锥形辊装置分别位于粗轧机的前、后两侧，紧邻机架辊，是中板轧线的关键部位，由于钢坯在开坯过程中需要调头并往复轧制，锥形辊道利用交错布置的辊子反向转动来实现钢坯调头，再进入轧机进行轧制。由于锥形辊长时间的超负荷运行，经常出现辊子晃动严重，造成轴承座内轴承部位磨损、联轴器损坏、轴径断裂、辊道架焊缝开裂等，甚至出现锥形辊断裂的较大故障，直接造成轧机停车。锥形辊道参数见表1。

图1 锥形辊布置形式

表1 锥形辊道参数

3 存在问题及分析

1）辊身磨损严重。由于锥形辊辊道是对向布置的，钢坯在辊道表面只是线接触，且因其转速高，在启动或制动时，会出现打滑，加速辊子接触部位磨损，无法满足生产需求。

2）联轴器频繁损坏。因锥辊辊身自重大，转速高且频繁正反转，经常出现齿式联轴器断齿，不耐用，故障过多，处理起来费时费力，需要将辊子拆除后再进行联轴器更换，十分麻烦，严重影响了正常的生产需要，每月故障多达10次以上，严重制约生产顺行。

3）辊子轴颈和分配箱齿轮轴轴颈断裂事故高发。由于轧机对钢板往复轧制，致使轧制过程中对轧机及辅助设备冲击较大，锥形辊是所受冲击较大的设备之一。而且随着品种规格的变化，以及工艺的更高要求，钢坯重量增加，造成钢坯经常冲击锥形辊，在辊子轴颈和分配箱齿轮轴轴颈比较薄弱且应力集中的位置发生断裂事故，对生产顺行造成严重影响。

4）轴承座固定不牢靠，容易松动。由于辊道架止口设计不合理，且辊子所受冲击较大，容易造成轴承座晃动，地脚螺栓定位失效。同时轴承座磨损、冲击辊道架及止口，长时间使用导致恶性循环，最终致使辊道架止口定位失效，辊道架变形，锥辊蛇簧断裂及轴承损坏，致使钢坯轧制时控制难度增加，并且在生产过程中经常出现因锥形辊问题导致的钢板划伤、瓢曲缺陷板的轧制等质量问题，对钢板的成材率影响较大。

4 改进方案

根据锥形辊道出现的问题，结合实际情况，提出了以下改进方案：

1）结合原有的设计技术参数及周边设备结构，决定对原来的锥形辊部件进行优化改造；在生产过程中，轧机前后锥形辊辊面会出现严重磨损现象，无法满足生产需求。为降低新备件采购成本，决定对锥辊辊面进行修复加工，首先对待修复锥形辊辊子表面利用机械加工的方法清除疲劳层并做表面预保护，然后再进行补焊，并提出相应的技术要求，根据辊子材质进行焊丝选择，堆焊后的辊子经热处理和机械加工，使锥形辊辊面具有较高的防腐蚀、抗蠕变、耐高温、防（氧化皮）粘结的性能。使用过程中不降低强度，并保证辊面硬度均匀化，不出现掉块、疲劳裂纹、剥落、辊面凹凸不平等影响使用的缺陷［1］。

2）将齿式联轴器改为JS蛇簧联轴器。JS蛇形弹簧联轴器其主要结构是由两个半联轴节，两个半外罩，两个密封圈及蛇形弹簧片组成。运转时，是靠嵌入两个半联轴节的齿槽内的蛇形弹簧片，将主动端齿面对蛇簧的轴向作用力带动从动端，来传递扭矩。该联轴器具有结构简单，使用寿命长，承受变动载荷范围大，运行可靠，传动效率高.噪声低，润滑好，装拆方便等优点；并具有一定的补偿两轴相对偏移和减振、缓冲性能。改造后杜绝了齿式联轴器的断齿问题，即使蛇簧联轴器的蛇簧断裂后，可以通过打开外壳快速的更换蛇簧，使得维修工作方便快捷、高效省力。大大的提高了联轴器的使用寿命，同时提高了锥形辊子的使用寿命。改造前、后的齿式连轴器如图2所示。

图2 联轴器改造

3）为了增强辊子轴颈的强度，将锥形辊辊子轴头直径尺寸由原来的Φ90 mm改为Φ120 mm，改造了定距套，去除轴肩位置，消除了应力集中点，彻底解决了锥形辊子断辊事故。同时将分配箱输出轴的轴颈也由Φ90 mm改为Φ120 mm，减少了分配箱输出轴断轴事故的发生［2］。改造前、后的辊子轴头如图3所示。

图3 辊子轴头改造

4）针对轴承座固定不良问题，将辊道架及轴承座止口改造，加大止口，增加稳定性，减少断轴和接手损坏。将辊道架轴承 座止口宽度由原来的20 mm改为70 mm，止口高度由原来的20 mm改为40 mm，并且将两侧设计成1：10的锥面，锥面配合具有自动定心特点，大大提高了锥形辊轴承座在辊道架内的可靠性。辊道架立板厚度由原来的60 mm改为170 mm，底座厚度由原来的 55 mm改为70 mm，提高了锥形辊的整体稳定性及抗冲击能力，从根本上解决锥形辊原设计存在的缺陷，相关的检修工作量、备件消耗量也大幅降低；同时，因轧机锥形辊原因造成的钢板质量问题可根本解决，对于提高轧制成材率提供有效的设备保证［2］。改造前、后的锥形辊及锥形辊辊道架分别如图4、图5所示。

图4 锥形辊轴承座改造

图5 锥形辊辊道架改造

5 实施效果

1）提高设备寿命，满足生产需求。自结构优化以来，锥形辊装置适应了生产的要求，更换周期由原来的6个月改为12个月，锥形辊辊道架更换周期由原来的24个月改为48个月，锥形辊分配箱的更换周期由原来的6个月改为14个月，故障频次由改造前的6次／月，减少到现在的1次／月，进而解决了锥形辊道故障率高的难题，为2 800轧线的稳定生产提供了设备保障，改进前后设备寿命周期对比见表2。

表2 结构优化前后设备寿命周期对比

2）降低了备件消耗。锥形辊子因故障更换，每年可减少损失辊子26根，每根辊子0.6万元，则可节约备件费26×0.6＝15.6万元。联轴器消耗每年减少20套，每套0.4万元，可节约备件费20×0.4＝8万元。辊道架相当于每年减少消耗1套，节约备件费用5.5万元。

3）提高设备可靠性，降低劳动强度。通过优化改造保证了锥形辊道运行的稳定性和钢坯辊道运输过程中的可靠性，降低了该设备故障的同时也大大减轻了工人的劳动强度。

6 结语

通过对中厚板轧机锥形辊装置结构优化，使锥形辊自身的装配精度得到提高；锥形辊实现快速更换，下线后维修、维护更方便；提高了锥形辊的整体稳定性及抗冲击能力。解决了原来锥形辊道设计使用能力的不足、结构上的缺陷，最大限度的提高了设备的使用寿命；同时维护检修成本也大大降低，确保了轧制生产连续、稳定、高效。

［1］ 刘宝松.中厚板四辊粗轧机前后大型锥形辊道的设计［J］.山东冶金，1999，21（3）：35－37.

［2］ 成大先.机械设计手册［M］.北京：化工出版杜，2007：235－237.

OPTIMUM DESIGN OF CONICALl ROLL STRUCTURE OF MEDIUM PLATE MILL

Zhang Hongquan
（Anyang Iron and Steel Stork Co.，Ltd）

The conical roll is an important part of the equipment of the plate mill.The principle and characteristics of the tapered roller device in the middle plate are introduced.The problems and shortcomings of the equipment are analyzed，and the corresponding improvement measures are put forward.Through the conical roller， bearing seat， roller frame and re⁃lated equipment transformation，and achieved good practical results.

conical roller roller stand bearing seat optimal design

2017—3—10