卡罗塞尔卷取机卸卷故障研究

李子俊，乔东博

(首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063200)

卡罗塞尔卷取机卸卷故障研究

李子俊，乔东博

(首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063200)

2230酸轧卷取机在生产过程中多次出现芯轴不能正常卸卷问题。从主给油器内部结构、芯轴膨胀压力两方面对该问题进行研究，通过优化主给油器结构排除了此故障。

卡罗塞尔卷取机；主给油器；卸卷故障

0 引言

卡罗塞尔卷取机具有双卷取的功能，与普通双通道卷取相比，不仅可以大大减小投资成本和占地面积，而且可以保证卷取质量和生产效率，被国内外钢铁企业的连轧机组广泛推荐使用。自投产以来，卡罗塞尔卷取机已出现多次芯轴不能正常收缩卸卷问题，严重影响了机组的正常运行。

1 芯轴无法正常卸卷的原因分析

主给油器损坏是故障发生的根本原因，导致其功能失效主要有以下两个原因：

1.1 主给油器可靠性差

主给油器原设计壳体为铝合金，旋转轴为普通碳素钢，采用密封元件全密封结构，如图1所示。壳体内孔采用无密封件安装沟槽的直通式设计，密封件两侧用金属环型垫圈保护后，用弹性孔用挡圈固定在壳体密封部位。

首先，主给油器在使用过程中，密封圈受到较大油压的轴向冲击，保护密封圈的金属环形垫圈会被弹性挡圈挤压出很深的凹痕甚至断裂。由于壳体采用铝合金制造，材料强度不足，安装弹性挡圈的沟槽在轴向冲击力作用下很容易被挡圈切破，挡圈脱离原来的安装位置，导致密封圈损坏，造成主给油器泄漏。

其次，主给油器的设计转速为4 r/min，旋转轴采用普通碳素钢制造，表面硬度不高。但实际使用转速有6～8 r/min，造

成旋转轴和密封圈磨损严重，降低了主给油器的使用寿命。

图1 主给油器结构

1.2 芯轴膨胀压力过大

芯轴膨胀压力为14 MPa，造成主给油器密封件在使用过程中受到的油压冲击压力大于其耐压能力，使得密封件变形失效，主给油器内部腔体串油。

2 改进措施

2.1 主给油器结构优化

原给油器设计之初无法满足长期可靠使用，结合现场实际情况作者对该给油器进行了重新设计，如图2所示。

图2 新给油器结构

针对主给油器使用过程中冲击油压比较大的问题，采用双重密封的设计思路。双重密封就是既采用间隙密封、又采用密封元件密封的方式。这样设计的优点：(1)间隙密封可以阻挡油压的冲击压力，避免密封元件受到冲击，起到保护作用，延长密封元件的使用寿命[1-2]；(2)当密封元件损坏时，间隙密封依旧可以保证主给油器正常工作，避免由此造成卷取机无法正常收缩。

摒弃密封圈用挡圈固定的方式，在主给油器壳体内孔加工密封圈安装沟槽，避免密封圈受压后产生位移，造成密封圈损坏。

将主给油器油孔设计成进口通径略比内腔通径小的方式。当油压冲击压力通过进油口进入主给油器内腔时，放大内腔通径可以释放部分冲击压力，起到保护主给油器密封件的效果。

2.2 芯轴膨胀压力优化

2.2.1 芯轴技术参数

芯轴技术参数：

最大卷取张力T=120 kN;

钢卷最大外径D=φ2 150 mm，R=1 075 mm;

芯轴正圆直径d=φ610 mm，r=305 mm;

带钢厚度h=0.4～2.5 mm;

带钢宽度B=2 080 mm;

胀缩油缸规格为φ300/φ170×73 mm，传动效率η=0.85；

胀缩缸工作压力为14 MPa；

扇形板斜楔角α=10°；

芯轴刚性系数C=1.6；

最大卷取质量为42 t。

2.2.2 带钢对芯轴的径向压力

自动缩径芯轴的径向压力可按经验公式计算：

(1)

代入公式(1)得：

2.2.3 旋转油缸平衡力

(1)如图3(a)所示，带钢对每一块扇形板的压力可用等效力P′表示为：

(2)

如图3(b)所示，根据平衡条件得扇形板与斜楔间的作用力N：

(3)

式中：f2为芯轴结构摩擦面间的摩擦因数(润滑良好，f2=0.1)。

(4)

(4)胀缩缸活塞轴向力

式中：p0为临界状态下的油压。

图3 扇形板和斜楔受力

卷取过程中，F>Q芯轴才能维持正常卷取，得：

40.77p0>2 536.95，即p0>6.223 MPa

综述，取安全系数k=1.6，卷取机芯轴最大负荷下，所需膨胀压力为10 MPa。

3 结论

通过上述措施，卷取机主给油器在线使用已超过9个月，状态良好，达到了预定使用周期。不仅使主给油器工作可靠性增加，还极大地降低了备件成本。

【1】李锋，谭晓军，拜云山，等.非接触式间隙密封旋转接头动力学建模与分析[J].装备环境工程，2015(5):78-82. LI F,TAN X J,BAI Y S,et al.Dynamics Modelling and Analysis of Rotary Joint with Contact-free Clearance Seals[J].Equipment Environmental Engineering,2015(5):78-82.

【2】李强，杨晓京,汤江龙.非接触式旋转接头的设计[J].润滑与密封，2006(4):150-151. LI Q,YANG X J,TANG J L.The Design of None-touch Circumrotation Tie-in[J].Lubrication Engineering,2006(4):150-151.

【3】黄庆学.轧钢机械设计[M].北京：冶金工业出版社，2007.

Study on the Carousel Tension Reel Unloading Fault

LI Zijun,QIAO Dongbo

(Shougang Jing-Tang United Iron & Steel Company Ltd.,Tangshan Hebei 063200,China)

In the production process, the carousel tension reel can’t retracted many times. The problem was analyzed from two aspects: rotary oil feeder structure and tension reel’s expansion pressure. The rotary oil feeder structure was redesigned and the fault was eliminated.

Carousel tension reel; Rotary oil feeder; Coil unloading fault

2016-12-19

李子俊(1982—)，男,硕士研究生,工程师，从事轧钢机械设备管理。E-mail：lizijun983@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.01.018

文献标志码：B 文章编号：1674-1986(2017)01-070-03