特钢厂液压剪前立轮改造分析

2021-12-04白晓东

商品与质量 2021年41期

白晓东

本钢特钢厂辽宁本溪 117000

为了提高产品性能和质量，本钢对特钢厂大棒作业区进行了升级改造，并于2019年6月完成。改造后整条轧制线主要设备有：1150开坯机、3架850连轧机、液压剪、热锯、台架、冷床、收集装置等。主要产品规格为φ20-φ300圆钢，年设计生产能力达到80万吨。

在生产中发现该区液压剪剪前立轮经常不能转动，使钢材表面被立轮划伤。经检查发现是由于滚动轴承因受力过大而损坏，造成立轮滚动摩擦失效而变成滑动干摩擦。这是该液压剪剪前立轮结构设计不当、轴承受力不合理引起的。

为了避免造成热停事故、以及轧件产生划道影响产品外形及表面质量，本文对剪前立轮装置的结构进行技术分析、改进。使剪前立轮的结构更加合理，减小轴承的受力，同时增大结构的强度和承载能力。改进后的生产实践表明，新设计结构不再发生轴承损坏事故，同时立轮不再停转造成产品划伤，从而使生产的产品很好地满足了客户的需求。

1 液压剪前立轮的结构形式及工作原理

液压剪剪前立轮位于液压剪前，其作用是将轧件对准液压剪中心线，并使之导入液压剪进行剪切。

该剪前立轮如图1所示。其装置由立轮本体和辊道盖板两大部分组成。立轮本体由立轮、轴承、端盖、轴组成；辊道盖版是焊接框架结构，同时为立轮提供固定支撑。

图1 液压剪前立轮示意图Fig.1Schematic diagram of hydraulic shear front vertical wheel

工作原理是：轧件通过两侧双立轮中间，正确地对准将要进入的液压剪。立轮边转动边将轧件送入液压剪。由于轧件与立轮之间形成滚动摩擦，可防止轧件出现划道等钢材质量问题。

但生产中经常出现因立轮不转而造成设备热停事故。据特钢厂调度室报表显示：仅2018年10月14日一天，就累计热停4小时55分；产生的钢材划伤共计600多吨。

2 液压剪前立轮存在问题及改进方案分析

2.1 存在问题

如图2所示，该立轮为单支撑悬臂结构，悬臂结构受力点到支撑处的力臂为124mm。两个球轴承的轴承座镶嵌在一侧辊道盖板框架之中，两个球轴承的中心距只有67mm。

图2 改造前剪前立轮断面图Fig.2Sectional view of the former shear and vertical wheel

假设单侧立轮受力为P，那么就在根部产生P*67mm的力矩。该力矩由距离67mm的两个球轴承产生反力矩来抵消。假设一个球轴承受力为P1，可知P1=（124/67）P=1.85P。

可见，这种单支撑悬臂结构使每个球轴承所受的力接近于单侧立轮受力P的两倍。这就能解释球轴承经常损坏的原因[1]。

在轧件与立轮接触时，轧制力产生力矩，并将力矩传递至双轴承处，由于双轴承距离较小，导致轴承受力放大，造成造成损坏、立轮不转，发生设备热停。使轧件产生划道影响钢材产品质量（见图4）。对框架而言，不但受到P力的作用，还同时受到单支撑轴承座所传递的附加力矩，容易引起框架变形。

图4 钢材划伤示意图Fig.4Schematic diagram of steel scratches

2.2 改进方案分析

2.2.1 整体构思

为了满足轧线生产以及缩短检维修时间、满足产品质量的要求，设计人员考虑采用新的立轮结构。新立轮设计改悬臂结构为简支梁结构，使轴承的受力更加合理；同时考虑加强立轮零件强度，从而增强了整体强度；还将立轮轴承座设计成可拆卸形式，方便检修；同时配置了高效的轴承润滑系统[2]。

2.2.2 立轮结构改进及强度设计

新设计将原立轮单支撑改为双支撑，变为两侧支撑座，如图3所示。对框架而言，将框架受力P由一处分解为二处，支撑点1受力（87/220）P=0.4P，支撑点2受力（133/220）P=0.6P；框架支点受力减小的同时还不受附加力矩的作用，有效避免了框架的变形。

图3 改造后剪前立轮断面图Fig.3Sectional view of the modified shear front vertical wheel

分析轴承受力可知，P力正好作用于两个轴承中间位置，所以每个轴承受力为P1=0.5P，比改造前每个轴承受力1.85P降低了近4倍。

新结构不但减少了立轮和框架的受力，而且加强了立轮等零件强度，使整体刚性大大加强。例如，原立轮辊面直径130mm，现加大辊面直径至200mm；原有轴承型号为深沟球轴承6211，现轴承型号采用调心滚子轴承22216E；轴承内外径及厚度从55*100*21改为80*140*33；原支撑轴由φ55加大到φ80（图5）；为了保证框架在受到轧件传递的力时不变形不弯曲，也对框架强度进行了加强。现场通过上述改进手段，较好地满足了现场使用要求，如图6。