2800 mm热粗轧机压下离合器改造

王修全，杨永兴，周亚雄

（西南铝业（集团）有限责任公司，重庆401326）

0 前言

2800 mm热粗轧机是中铝西南铝业（集团）有限责任公司的关键设备之一，由中国一重设计并制造，于1970年投产，1989年经日本IHI公司改造后具有一定国际先进水平。该轧机既可单独生产中、厚规格的板材，也能为后面的2800 mm热精轧机提供坯料，是公司产量、利润贡献的主要设备之一。

目前，国内外先进的热粗轧机大多配置有电动压下装置和AGC 液压压下装置，电动压下粗调，AGC液压压下精调。西南铝2800 mm热粗轧机为国产老式轧机，虽曾提出改造计划，增加AGC 液压压下装置，但因受原结构尺寸限制而无法实施，因此两侧辊缝一直由电动压下装置调节。电动压下装置主要由电动机、离合器、压下减速机、压下丝杆、压下螺母等组成。两侧辊缝依靠电磁摩擦离合器实现同步调节，离合器的运行情况直接影响辊缝精度。

1 问题概述

近几年，2800 mm热粗轧机电动压下装置出现跑偏现象。空载压下时，单次跑偏0.02 mm，全程跑偏达到0.3 mm 以上，严重超出了设备精度允许范围。轧制出来的板片厚度不均，引起单边浪、中间浪等一系列板形问题，给后面的工序造成很大的影响，严重时还产生“镰刀弯”现象，如图1 所示。

图1 “镰刀弯”现象

根据公司生产工艺要求，在轧制带包铝板的铝合金铸锭时，需要先静压焊合包铝板。而带料压下时，压下跑偏更严重，单道次跑偏达到0.3 mm 以上，对包铝板产品的生产造成了严重影响。

经长期观察与测试，发现压下跑偏主要原因是离合器打滑，且负载越大，打滑程度越明显。由于离合器使用年限较长，整体结构已发生变形，同轴度、平行度等关键公差等已偏离要求范围，更换电磁线圈和摩擦片均已无法消除打滑现象。针对上述问题，决定对压下离合器整体进行改造。下面，从离合器选型、结构设计和气动系统设计三个方面介绍该技术的改造方案。

2 改造措施

2.1 改造方案

原摩擦离合器吸合后，由于两端是柔性连接，滑差不可避免，因此决定采用刚性连接的离合器。刚性连接的离合器主要是嵌合式离合器，又分齿式离合器和牙嵌式离合器[1]。这类离合器传递转矩大，无滑差，适用于低速或停止转动下离合、不频繁离合的工况。而气压操纵具有比较大的操纵力（0.4～0.8 MPa），离、合迅速，排气无污染，结构简单，控制简便[1]。最重要的是避免电气跳电、电磁线圈发热等问题，只需保证气源稳定、无泄漏就能保证离合器的正常运行，非常符合2800 mm热粗轧机的运行工况。

目前气动齿式离合器技术已经非常成熟，且运用于各行各业。如国内某中厚板粗轧机和某二辊轧机压下系统原来采用电磁摩擦离合器，后改用气动齿式离合器，改造效果良好，取得了明显的经济效益。可见气动齿式离合器在轧机上已经有了一定的运用[2-3]。而我公司4300 mm轧机采用的也是气动齿式离合器，传递转矩达到80 000 N·m，但在使用过程中，由于其齿形较大，经常发生“打齿”现象（即吸合时齿与齿相对，没有嵌合）。而牙嵌式离合器的齿形较小，虽然传递的转矩有所减少，但减少了“打齿”现象。

综合多种因素考虑，最终确定了改造方案——采用气动牙嵌式离合器。

2.2 可行性分析计算

根据压下电机铭牌得到电机主要参数如表1所示。

表1 压下电机参数

由表1中的参数可以算出电机额定转矩：

查询原电磁摩擦离合器图纸，其试验转矩不小于300 kg·M。由于自身柔性连接的特性，电磁摩擦片离合器在超载时可打滑保护设备。而牙嵌式离合器是刚性连接，超载时会损坏设备，因此在选用离合器时，转矩容量需要放大。由相关公式可以算出离合器的转矩容量：

式中：TC为离合器计算转矩，选用离合器时，额定转矩不小于TC；K为工况系数，冶金矿山机械离合器工况系数K=1.8～3.2 ，取中间值K=2.5；T为离合器的理论转矩，对牙嵌式离合器，T为电动机的额定转矩。

通过上述分析及原离合器的安装尺寸要求，最终选用了一款型号为BTC-800 的气动牙嵌式离合器，如图2所示。

图2 BTC-800气动牙嵌式离合器

该离合器的主要参数[4]如表2所示。

表2 BTC-800气动牙嵌式离合器主要参数

在额定气压0.6 MPa 下，离合器传递的转矩可达80 00 N·m，满足转矩要求。

根据原2800 mm热粗轧设计图纸得到压下装置主要参数，如表3所示。

表3 压下装置主要参数

离合器静态吸合时，发生“打齿”现象的概率极少；离合器转动时，齿受转矩作用，又能错开嵌合。计算该情况下因错齿而导致的辊缝误差：

与公司2800 mm 热粗轧机的辊缝精度要求相比，0.0015 mm 的误差可忽略不计，满足精度要求。

2.3 结构设计

针对离合器的安装方式以及原离合器的安装尺寸，确定离合器的设计结构如图3所示。

图3 离合器结构

该结构主要由两部分组成：左边为离合器，由制造商提供成套产品，并根据公司提供的安装尺寸加工内孔；右边为过渡法兰，由公司根据原离合器结构及安装尺寸设计。受原离合器安装尺寸限制，轴向安装距离较小，且因年限较长，安装精度下降，因此过渡法兰采用半鼓型齿式联轴器结构。该结构主要由内齿圈和外齿套组成，其特点是工作可靠、承载能力大且具备少量的补偿性能，对于安装精度要求也较低，满足工况需求。

工作原理：内齿圈通过外齿套与离合器从动齿盘连接成一个整体，接通气路后，活塞推动驱动齿盘直至压紧从动齿盘且两齿盘端面齿嵌合，实现离合器结合。切断气路后，驱动齿盘在复位弹簧回复力作用下与从动齿盘分离，端面齿脱开，离合器分离[4]。

2.4 气动系统设计

针对离合器的气动响应特性以及公司气源情况，设计如图4所示的气动系统。

图4 离合器气动系统

公司的压缩空气压力在0.4～0.5 MPa 之间波动，因此该气动系统设置有气动增压泵和储气罐，起增压、稳压、保压作用。压缩空气通过气动三联件过滤、减压后，送到气动增压泵增压，再通过减压阀将压力稳定在0.55 MPa左右，并储存在储气罐中。储气罐上配置有安全阀，在达到设定压力0.7 MPa时能迅速排空该系统内的压缩空气，以保证设备安全。该离合器大多时间处于吸合状态，因此采用常开电磁换向阀，断电吸合，通电脱离。在离合器进气口处安装有压力传感器，实时检测离合器气缸的压力，并设置低压0.3 MPa和高压0.6 MPa两个报警点。

该气动系统具有增压、稳压、保压、过载保护、低压、高压报警等作用，其优点是结构简单、稳定可靠、便于维护。

3 改造效果

改造后的离合器与原来的相比，结构更加简单、传递的转矩更大，完全杜绝了轧制过程中摩擦式离合器打滑引起的跑偏现象。改造后2800 mm热粗轧机的辊缝精度提高了，从源头上改善了板形，为后续的加工工序提供优质产品。同时，采用气动控制可排除电气因素的干扰，稳定性、可靠性提升了，保证了热轧线的顺利生产，减少了废品率和维护工作量，降低了生产成本，为公司创造了良好的经济效益。

4 结束语

针对现有2800 mm热粗轧机压下装置存在的问题，通过改用气动牙嵌式离合器，增加压下电机过载保护措施，既解决了以前更换摩擦片后需要至少半个月的磨合才能正常使用、制约了轧机稳定高效生产的情况，又有效地防止了电磁摩擦离合器正常使用过程中单道次打滑位移小、多道次产生累积误差较大、引起操作侧和传动侧辊缝不一致的问题。该技术很好地解决了因辊缝不一致而产生轧制跑偏现象，同时对轧制板形的控制起到了良好效果。

从离合器选型、结构设计以及气动系统设计三个方面介绍了该改造方案，对同类技术改造项目具有一定指导意义和参考价值。