3800 mm轧机弯辊块维修专用装备设计

供稿|程龙，郭建卫 / CHENG Long, GUO Jian-wei

内容导读

文章针对舞阳3800 mm厚板轧机生产线精轧机弯辊块、粗轧机平衡块的维修情况，结合现场实际完全摒弃奥钢联(VAI)原设计方案，创造性地制定维修方案，优化维修程序并重新设计、校核专用装备。新方案和新装备不仅节约大量维修施工时间，还大大降低了职工的劳动强度，取得了良好效果。

奥钢联(VAI)在对舞阳新线宽厚板3800 mm精、粗轧机弯辊块(平衡块)维修时，利用支承辊换辊轨道为支撑点设计了专用装备，但是使用原设计专用装备施工费时耗力。通过改变思路，以工作辊换辊轨道为支撑点，对该维修专用装备重新设计、校核，最终创造性地解决了奥钢联设计方认为不可能解决的问题。这不仅大大降低了职工的劳动强度，还将原来的施工时间12～16 h降低为现在的5～6 h，为减少维修工期、提高轧机作业率提供了可靠的保障。

弯辊块(平衡块)的构造及工作原理

精轧机弯辊块参数构造及工作原理

精轧机弯辊块基本参数：4个弯辊块，每个弯辊块有4个液压缸；上液压缸直径250 mm，行程460 mm；下液压缸直径250 mm，行程110 mm；液压缸工作压力pmax=28.5 MPa，瞬间工作压力取决于工作辊的轴向位置。

精轧机弯辊块工作原理：平衡压力为40 MPa，空轧时阻止工作辊和各自的支撑辊之间相对滑动的最小工作压力；在轧制时使用较高的弯辊力，目的是给工作辊和支撑辊之间进行载荷分配，因此可以控制板形；在窜辊工作状态下，作用在每个T型块上的两个液压缸的力通过伺服阀适时调整，保证合力作用在工作辊轴承的中心线上，跟工作辊轴向位置无关；轴向窜动控制上下辊子的等量移动，在上T型头外侧液压缸的压力和下T型头内侧的压力相等，同样在其他两个缸上的压力各自相等。

粗轧机平衡块构造及工作原理

粗轧机平衡块构造：4个平衡块，每个平衡块有3个液压缸；上液压缸直径160 mm，行程460 mm；下液压缸直径180 mm，行程110 mm；液压缸工作压力21 MPa。弯辊块(平衡块)结构示意图见图1。

粗轧机平衡块工作原理：平衡压力为4 MPa，空轧时阻止工作辊和各自的支撑辊之间相对滑动的最小压力。

弯辊块(平衡块)维修现状

VAI提供的维修方案

VAI针对舞钢3800 mm精轧机弯辊块、粗轧机平衡块的维修有一套完整的更换方案，且有一套更换专用装备。其具体结构如图2所示。具体方案为：(1)抽出下支承辊，把更换弯辊(平衡)块的专用装备按照顺序依次安放在下支承辊换辊轨道上，利用支承辊换辊拖车推进轧机牌坊；(2)使用手压泵驱动专用装备的横移部分，移至所需更换弯辊块的下方，用螺栓把弯辊块和横移部分连接在一起；(3)利用专用装备的抬升液压缸抬起弯辊块，利用横移把弯辊块移至牌坊的中间位置，拉出更换。

VAI维修方案存在的问题

在维修的过程中发现，VAI维修方案在施工的过程中主要有以下问题：原专用装备结构较复杂，需要抽出下支承辊才能放置在支承辊换辊轨道上，更换完毕后需恢复下支承辊，操作步骤繁琐、耗时；原专用装备尺寸机构与轧机牌坊多项相关尺寸干涉，经多次修改后才勉强可以使用；原方案实施时会遇到伺服系统停压后4个弯辊(平衡)块下T型头自重落下问题，装备到位和拉出时需手动千斤顶顶起T型头，不仅增加工人劳动强度、增加施工不安全因素，还消耗1～2 h的施工时间；原专用装备的横移和抬升系统均采用手动液压系统，劳动强度大、效率低。由于以上四点原因，导致更换一个弯辊(平衡)块的时间一直在16 h左右。

弯辊块(平衡块)更换专用装备的改进措施

由于VAI设计的专用装备结构复杂、步骤繁琐，针对专用装备进行了改造，以工作辊换辊轨道为支撑点，设计出可以自由移动的弯辊(平衡)块更换小车。

整体结构框架的设计

精、粗轧机各有四个弯辊(平衡)块，换辊侧2个，传动侧2个，因此专用装备必须兼顾四个弯辊(平衡)块。改造后的动力利用更换工作辊小车，考虑到更换工作辊小车的行程(极限位置在换辊侧)和更换传动侧弯辊(平衡)块，增加设计过渡平板小车，专用装备包括弯辊(平衡)块横移小车和过渡平板小车两部分。

(1) 弯辊(平衡)块横移小车的设计。根据弯辊(平衡)块在轧机的内部结构，弯辊(平衡)块横移小车必须可以在工作辊换辊轨道上自由移动，小车的最高高度必须低于换轨轨道和设备的最小距离，小车的长度必须小于两轨道之间的宽度。经测定换轨轨道和设备的最小距离为窜辊缸和轨道面间的距离为445 mm，两轨道之间的距离为2490 mm。即H′=445 mm，L′=90 mm；选择H=440 mm，L=2330 mm。同时，弯辊(平衡)横移小车的下底面弧度必须大于下支撑辊的最大辊径2200 mm。图3是新专用装备设计图一。

为了保证弯辊(平衡)块可以顺利拉出，弯辊(平衡)块和横移框架固定在一起的长度必须小于设备间的最小距离。经计算和现场测定，两导卫扣手间的距离为最小距离L，即L1+L2＜L。660+L2＜1320，即L2＜660 mm，选择L2=600 mm。图4是新专用装备设计图二。

(2) 过渡平板小车的设计。过渡平板小车的宽度、整体高度和弯辊(平衡)块横移小车的相同，分别为2330 mm、440 mm，长度根据工作辊换辊拖车的极限位置和更换传动侧弯辊块时横移小车的位置，选择2270 mm。两者之间的连接采用了简单方便的销卡连接。图5是新专用装备装配示意图。

(3) 电动泵液压系统的设计。为了解决原VAI方案中手动液压系统劳动强度大、费时费力的弊端，设计了全新的电动液压系统。该系统可以实现各个液压缸的单独动作，操作简单方便，很好地解决了原设计液压缸经常不动作，需要使用液压千斤顶移动横移装置，劳动强度大、消耗时间长的问题。该系统原理如图6所示，主要参数为：横移液压缸2个，直径30 mm，行程630 mm；抬升液压缸：4个，直径50 mm，行程90 mm；液压缸最大工作压力：35 MPa。

(4) 弯辊块防自重下落设计。在以往更换弯辊块的过程中，伺服系统停压后4个弯辊块下T型头由于自重下落成为一个一直困扰生产的难题。T型头下落后，T型头下面和工作辊轨道间的距离为330 mm，弯辊块专用装备拉进拉出的过程中，必然发生干涉。使用原专用装备的过程中，装备到位和拉出时需手动千斤顶顶起T型头，不仅增加工人劳动强度、增加施工不安全因素，还消耗1～2 h的施工时间。通过对弯辊块的结构的详细分析，发现弯辊块侧滑板螺栓孔可以利用，新设计方案采用顶丝顶住T型头防止下滑，利用现有的资源很好的达到了预期的目的。防下落装置简单示意图如图7所示。

弯辊(平衡)横移小车的强度校核

由于受空间限制，横移小车主框架和小车轮轴的设计既要保证空间尺寸的不干涉，又要保证承载强度，因此必须对横移小车主框架和小车轮轴这两个关键承重部件(轮轴和支撑梁)进行强度校核，以保证施工安全。

(1) 轮轴校核

经测定，横移小车的横移部位位于所需更换的弯辊块的正下方时，轮轴受力最大，轮轴可以简化为简支梁，对单个轮轴进行受力分析，作剪力图和弯矩图(图8)。弯辊块重量G=mg=9238×9.8 N=90.53 kN。横移小车重量G1=mg=32409.8 N=31.75 kN。受力点距支点的距离a=0.0615 m；轮轴直径D=0.06 m。最大受力情况下F=1/2G+1/4G1=53.20 kN。由剪力图可知FQmax=F=53.20 kN；由弯矩图可知Mmax=Fa=3271.8 N·m。45钢常温下的的力学性能：屈服强度σs≥335 MPa，根据生产需要取安全系数为2.5，得45钢在此条件下的许用弯曲正应力 134 MPa；许用剪切正应力107 MPa。

校核该轴的切应力强度：

所以，小车轮轴符合强度条件。

(2) 横移小车主框架强度校核

弯辊块重量G=mg=9238×9.8 N=90.53 kN。横移部分重量G2=mg=1235×9.8 N=12103 N。所以F=1/2G+1/2G2=(45265 +6051.5) N=51316.5 N。

横移小车主框架的主要受力件为两根2330 mm×60 mm×100 mm的横移支撑梁，理想条件下弯辊块横移支撑横梁可以简化为受移动集中载荷的简支梁，对其进行受力分析并作弯矩图，如图9所示。

由弯矩图可知，Mmax=FL/4=29507 N·m。常温下Q235的力学性能：屈服强度σs≥205 MPa，根据生产需要取安全系数为2.5。在此条件下支撑梁的许用弯曲正应力82 MPa。校核支撑梁的正应力强度

所以，横移支撑梁符合强度条件。

改造前后比较

本专用装备不仅结构简单、快捷、轻巧耐用，提高了施工安全性，还极大地降低了职工劳动强度，简化了施工程序，缩短了施工周期，提高了轧机的有效作业率，为快节奏生产节约了时间。具体见表1所示。

表1 原新设计对比

结束语

通过强度校核，该新设计专用装备和施工方案从理论上完全可以在保障安全、施工质量的前提下使用和实施。该方案在新轧钢月定修时实施，实施效果良好，主要体现在两个方面：(1)职工劳动强度大幅度降低，原来需12人勉强能完成的工作任务现在只需4人作业便可轻松完成，劳动强度降低60%以上；(2)大量节约施工时间，完成该项工作任务由原来的16 h左右减少到6 h以内，维修施工时间节约2/3。

综上所述，该装备的改造设计和方案实施是切实可行并且成功的，为舞钢新轧钢更换弯辊(平衡)块提供了一种更好的选择，必将在新轧钢的定修和抢修中发挥重要的作用，为提高轧机作业率做出应有的贡献。