粗轧机上支承辊平衡液压回路优化

廖永锋

(宝山钢铁股份有限公司 上海 200941)

1 前言

宝钢1880热轧R2粗轧机采用的是日本三菱设计制造的可逆式四辊轧机，自2007年3月投产以来，其上支承辊的平衡状态都不太稳定，振动冲击大，曾多次造成上支承辊油膜轴承损坏，虽然采取了放大了油膜轴承的润滑油量，改进油膜轴承衬套制作工艺等措施，油膜轴承状态有所好转，但问题依然存在；另外也经常造成上支承辊平衡油缸缸盖密封损坏的漏油故障，对设备维护和生产顺行的影响都非常大。

本文将对1880热轧R2粗轧机上支承辊的平衡状态进行计算分析，找出上支承辊平衡系统不稳定的根本原因，并对平衡液压回路进行优化，来改善上支承辊的平衡状态，提高上支承辊油膜轴承及平衡油缸的使用寿命。

2 上支承辊平衡系统简介

R2粗轧机是热轧带钢生产线上的核心设备，其上支承辊平衡装置的主要作用是平衡上支承辊、安全臼及压下丝杆等部件的重量，消除轧机垂直链方向的间隙，确保良好的辊缝精度。1880热轧R2上支承辊平衡装置由8个平衡油缸组成，这8个油缸布置在轧机窗口内的4个平衡凸块内，即在每个平衡凸块内布置了2个上支承辊平衡缸。

这些平衡缸由轧辊平衡液压系统提供动力源，实现上支承辊的平衡动作。其液压回路原理图如图1所示，共有三种控制功能：

1)平衡功能：S3227、S3228电磁阀的A得电，S3229电磁阀不得电处于中位，这时平衡缸两腔压力均为高压20.6MPa，利用平衡缸两腔的面积差所形成的压力来提供平衡力，实现上支承辊辊系的平衡功能。

2)换辊及提升功能：S3227、S3228电磁阀的B得电，S3229电磁阀的A得电，这时平衡缸无杆腔压力为高压20.6MPa，有杆腔的压力为0回油，实现上支承辊的换辊及提升功能。

3)下降功能：S3227电磁阀的B得电，S3228电磁阀的A得电，S3229电磁阀的B得电，这时平衡缸有杆腔压力为高压20.6MPa，无杆腔的压力为0回油，实现上支承辊的下降功能。

图1 原有R2上支承辊平衡液压回路原理

3 上支承辊平衡状态分析

3.1 上支承辊辊系平衡总重量计算

需要平衡的上支承辊辊系部件主要有1套上支承辊总成、2根压下丝杆和2个压下安全臼。

其中，上支承辊总成主要由支承辊辊子、操作侧油膜轴承及轴承座、传动侧油膜轴承及轴承座、轴承座所有衬板、2个止推轴承以及锁紧装置等，合计重量G1约为819280N。2根压下丝杆及2个安全臼重量G2约为119560N。则上支承辊辊系平衡总重量G为938840N。

3.2 上支承辊液压平衡力计算

R2上支承辊平衡装置共有8个平衡缸，油缸规格：Ф100/Ф80×670，当上支承辊处于平衡状态时，油缸两腔的压力一样，都是20.6MPa。

则油缸总的平衡力为：

=828375(N)

其中：d—油缸活塞杆直径，mm；

p—油缸压力，MPa；

n—油缸数量。

3.3 上支承辊辊系平衡状态分析

根据上支承辊辊系平衡重量及油缸总的平衡力，可以计算出上支承辊辊系的过平衡系数为：

F—油缸总的平衡力，N；

G—上支承辊辊系平衡重量，N。

而一般来说，上辊辊系的过平衡系数取1.2～1.4[1]，说明上支承辊平衡缸的平衡力是偏小的，再加上R2轧机为可逆轧机，上辊系频繁升降动作，非常容易造成上辊系接触不良，导致轧机受到较大的冲击振动，从而造成油膜轴承损坏等问题。另外，从R2轧机的工况条件可知，R2上支承辊平衡系统绝大部分时间都是处于平衡状态，从目前的液压控制回路可知，这时上支承辊平衡缸的有杆腔一直处于高压20.6MPa的状态，非常容易造成缸盖密封的损坏，从而导致平衡缸缸盖漏油问题。

因此，平衡力偏小是造成上支承辊平衡状态不稳定的根本原因。

4 平衡液压回路优化

4.1 优化方案确定

由前面分析可知，要改善上支承辊的平衡状态，就必须提高上支承辊辊系的平衡力，一般有以下三种方案：

1)通过增大平衡缸的缸径来提高上支承辊辊系的平衡力。但该平衡缸处于牌坊窗口内的凸块内，受到空间位置的限制，结构尺寸无法扩大，因此无法实施。

2)通过提高平衡缸无杆腔的压力来提高上支承辊辊系的平衡力。但目前平衡缸无杆腔的压力为20.6MPa，已经等于该平衡液压系统的压力了，无法再调高。如果还要提高，必须对系统泵站进行扩容改造，改造量很大，性价比不高。

3)通过降低平衡缸有杆腔的压力来提高上支承辊辊系的平衡力。即可以通过对上支承辊平衡液压回路进行优化改进，降低平衡缸有杆腔的压力，来达到提高上支承辊辊系平衡力的目的。

对比以上三种方案可知，第3种方案性价比最高，其改进思路为：对R2上支承辊平衡液压系统进行优化改进，使R2上支承辊处于平衡状态时，其有杆腔的压力始终处于低压，这样，既能大大延长缸盖密封的使用寿命，又能保证有杆腔内始终有一定的正压力，防止水、氧化铁粉进入油缸，污染油液，还能提高上辊系的平衡力，改善上辊系的接触状态，降低冲击振动，从而提高油膜轴承的使用寿命。

4.2 平衡缸有杆腔压力优化

为了提高支承辊的平衡力，计划采用第3种方案，即通过降低平衡缸有杆腔的压力来实现，假设将上支承辊平衡缸有杆腔压力由原来的20.6MPa降低到1.47MPa，则平衡力计算如下：

=1261085(N)

其中：D—油缸缸筒直径，mm；

d—油缸活塞杆直径，mm；

p1—油缸无杆腔压力，MPa；

p2—油缸有杆腔压力，MPa；

n—油缸数量。

则上支承辊辊系的过平衡系数K将由原来的0.88增加到了1.343，而一般来说，上辊辊系的过平衡系数取1.2～1.4[1]。因此，将平衡缸有杆腔的压力从目前的20.6MPa优化为1.47MPa，可以使上支承辊辊系的过平衡系数达到1.343，这样就能够满足上支承辊辊系的平衡要求。

4.3 平衡液压回路优化

对R2上支承辊平衡系统液压回路进行优化改进，改进方法为：在现有R2支承辊平衡阀台基本不变的基础上，拆除控制有杆腔的S3228电磁阀，更换上新设计的减压阀、液流阀、新的S3228电磁阀及相应的过渡阀块。优化后的液压回路如图2所示。

图2 优化后R2上支承辊平衡液压回路原理图

4.4 控制功能优化

液压回路优化后，需要对上支承辊平衡系统的控制功能进行相应的修改，具体功能修改如下：

1)平衡功能：S3227、S3228电磁阀仍然是A得电，S3229电磁阀不得电处于中位，这时平衡油缸无杆腔压力为高压20.6MPa，有杆腔压力为低压，由减压阀③和液流阀①来设定压力，根据前面的压力优化计算值，将液流阀①的压力设定为1.47MPa，这样油缸两腔的压力差比较大，可大大提高平衡力，满足上支承辊辊系的平衡功能。

2)换辊及提升功能：将S3228电磁阀由原来的B得电改为A得电，S3227电磁阀B得电、S3229电磁阀A得电保持不变。这时平衡油缸无杆腔压力为高压20.6MPa，有杆腔压力为低压1.47MPa回油，实现上支承辊的换辊及提升功能。

3)下降功能：将S3228电磁阀由原来的A得电改为B得电，S3227电磁阀B得电、S3229电磁阀B得电保持不变。这时平衡油缸有杆腔压力为高压20.6MPa，无杆腔的压力为0回油，实现上支承辊的下降功能。

4)平衡功能时，由于有杆腔压力已改成了低压，因此还要取消原有的压力开关PS3213大于16.7MPa的连锁信号。

5 结束语

通过对上支承辊辊系平衡力的计算分析，得出平衡力偏小是造成上支承辊平衡状态不稳定的根本原因。并通过优化平衡液压回路及相应的控制功能，使得上支承辊处于平衡状态时，其有杆腔的压力始终处于低压，这样就大大提高了上支承辊辊系的平衡力，彻底改善了上支承辊辊系的平衡状态，降低了冲击振动，从而大大提高了油膜轴承和平衡油缸的使用寿命，效果非常显著。