中板轧机工作辊平衡缸的改进优化

谢伟东

（齐齐哈尔工程学院，齐齐哈尔 161000）

工作辊平衡缸是中板轧机的重要组成部分，主要由控制阀组、系统管道和平衡缸3个部分组成。其中，平衡缸内有活塞杆，可以使工作辊与支承辊紧密贴合，达到平衡中板轧机各部分力的效果。工作辊平衡缸的工作环境恶劣。中板轧机在运转过程中不断咬钢、抛钢，会加速工作辊平衡缸的损耗，增加故障发生率，缩短其使用寿命，不仅会降低中板轧机的正常生产效率，影响产品质量，也会增加维修成本，降低经济效益[1]。因此，有必要在结构上对工作辊平衡缸进行改进优化，以延长其使用寿命。

1 平衡缸的常见问题

根据以往中板轧机生产加工中厚度钢板的经验，工作辊平衡缸在工作中常出现以下3种问题。第一，压盖螺栓切断后自位杆掉落使平衡缸丧失功能。第二，平衡缸密封失效造成缸内外泄漏。第三，上、下平衡缸与设备连接处软/硬管接头断裂。

2 原因分析

第一，中板轧机咬钢前，工作辊所受平衡力相对小于轧机的轧制力，因此无法将工作辊推至轧制力后水平位置。此外，工作辊的水平位置会在轧机咬钢前后发生改变，带动平衡缸活塞运动，可能会损伤导向套和油封，使发生塑变破坏，导致功能失效[2]。

第二，工作辊位置在中板轧机抛钢时的变化幅度较轧机咬钢时相对要小，但是抛钢时由于轧辊装置的弹复作用，辊的开口度降低，会在弹复的瞬间造成工作辊轴承与平衡缸内活塞压力增加，明显大于平衡时的压力，驱使活塞水平运动，从而产生破坏效果。

第三，平衡缸活塞受水平力时无支撑，与悬臂梁相似。受力的程度与工作辊的开口度存在相关性，开口越大，悬臂越长，活塞的受力条件越恶劣。在导向管在巨大力的作用下，这样越容易发生损坏[3]。

第四，中板轧机轧制钢板时会产生高强度的震动，而频繁的震动是造成管路断裂的重要原因，特别是硬管断裂。硬管较长又安装在空间狭小的凹槽内，故障后难以快速取出维修，常导致封缸甚至换缸，影响设备运行。另外，辊系在轧机运作过程中不断上下动作，也有可能引起上平衡缸软管连接处发生反向扭转，造成漏油喷油。

3 改进措施

3.1 压盖螺栓切断问题改进

以往的中板轧机，工作辊轧制时发生水平位移，会作用于平衡缸自位杆产生侧向剪切力。压盖螺栓切断后，剪切力作用下自位杆掉落，无法发挥压紧作用，影响平衡缸功能。想要解决这一问题，可以从以下两个方面着手：一是减少或消除工作辊轧制造成的自位杆剪切力；二是优化改进平衡缸压盖结构，以降低压盖螺栓所承受剪切力。鉴于前者在实践中开展过于复杂和困难，改进平衡缸加盖结构成为首选方案。实际工作中，设计在压盖上增加一个止口，可很好地解决压盖螺栓的受力问题。

3.2 平衡缸密封失效改进

中板轧机运转过程中产生的剪切力，会通过自位杆传导至平衡缸的活塞部分。如果平衡缸的原设计耐磨性不佳、导向性不强，会对密封造成不利影响。在长期高强度侧向剪切力的作用下，密封很容易变形而出现平衡缸内泻[4]。基于平衡缸持续供油的状态，针对活塞侧向剪切力大的问题，可以将原有的单边活塞密封改为双向组合密封，以减少剪切力对活塞的冲击。另外，双向密封也能减小密封与缸筒间的摩擦，增加密封磨损后的补偿性。这样不仅可以有效减少平衡缸密封失效，解决平衡缸内泄漏问题，还能使油缸的动作更灵敏，提高轧机运转效率。但是，此法无法通过自行改良制作来完成，实际工作中通过与中板轧钢生产厂家进行沟通交涉来进行优化改进。

3.3 上平衡缸管路连接改进

上平衡缸的管路接头很多，减少接头数量即减少故障隐患点，对预防中板轧机震动和辊系上下动作至软管连接处反向扭转所致管道故障具有积极作用[5]。因此，基于平衡缸的动作原理，综合考虑上平衡缸管路设计与作用，决定将上平衡缸原有的内置式油路改为外置式。具体地，在缸体左侧面加工两个合适规格的孔，使缸体两侧柱塞的进液孔和回液孔可以通过这两个孔直接在缸体内部串联。连接完成后，以工艺手法有效密封加工孔，再经由高压胶管，以对丝与缸体下的进液孔和回液孔相连接。这样一来改平衡缸外置油管为内置，可以有效消除缸体外侧管路连接，从而减少管路接头。此法简单方便，改进完成后更易于胶管操作，有助于提高作业效率，见图1。

图1 上平衡缸内置式油路改进示意图

3.4 下平衡缸管路连接改进

针对强震动所致下平衡缸硬质管路断裂的问题，主要优化改进思路为消除硬质管路，特别是缸体侧面呈悬臂结构的硬质管路。

方案一。封掉缸体侧面的进液孔和回液孔，改以在缸体上段开孔作为进液和回液的通路，并借助高压软管将其与原油路直接串通连接在一起。此法可以有效消除硬管，解决了长悬臂硬管容易断裂的问题。此外，改变油管接头的位置，解决了管路位置空间狭窄、操作不便的问题。实际改进工作中，还可以堆焊硬管部位预留的凹槽，通过增加滑板接触面积来加大承载力。

方案二。直接将机架到平衡缸一段中的部分管路改为软管连接，使用一个高压球阀作为平衡缸接头，并以密封胶有效密封接头螺纹连接处，从而减少轧机震动所致下平衡缸硬管断裂的问题，提高管路可靠性，见图2。高压球阀的使用还能解决工作辊平衡缸单缸故障维修时间长的问题。以往平衡缸发生故障后，需要先实现管路与油缸的脱开，再在管路上安装一个堵头，全程耗时在40 min以上。加装高压球阀后，如果平衡缸发生故障，只需要关闭相应连接的阀门即可，操作一般在5 min，大大缩短了故障处理时间，有助于快速恢复生产。

图2 下平衡缸管路改进优化示意图

4 结语

针对中板轧机工作辊平衡缸存在的问题进行优化，改进缸体自位杆压盖结构，通过增加止口来消除压盖螺栓剪切力，以维持平衡缸功能。针对活塞密封失效问题，优化设计油缸活塞密封结构，将原有的单边活塞密封改为双向组合密封，并使用新型密封材料，以减少剪切力冲击，提高密封效果。针对平衡缸与设备连接处管路接头断裂漏油的问题，通过以软管代替硬管的方式来吸收轧机轧制时强震动对管路的冲击，同时在管路上加高压球阀，提高平衡缸可控性，有利于缩短轧机工作辊平衡缸的维修时间，降低维修成本，对保证中板轧机安全稳定运行具有积极作用，可以确保钢板生产加工顺利开展。