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升降台花辊改造

  2011年01月22日

1升降台是中板厂的重要设备之一,在生产过程中通过中辊和前后升降台的升降,三辊轧机在轧辊不需要正反转的情况下实现轧件往复轧制。自中板厂1986年投产以来,中板产量由原始设计年产量10万吨提高到现在100万吨,而升降台基本没有进行过大改造,设备已经相对落后。随着市场竞争日益激烈,产量不断增加,生产节奏不断加快,钢坯重量加大,对升降台冲击力不断加大,特别是对升降台前面四根花辊的影响最大。每月因断花辊更换升降台的次数约8次左右,占换台总数的50%以上。升降台已经成为制约中板生产的一个重要因素,提高升降台的使用寿命,对升降台花辊进行改造已刻不容缓。

2改造方案的形成
为适应新的形势,使现有设备在不进行重大改造的基础上尽可能满足生产需要。要在投资尽可能少的情况下,对升降台花辊进行适当改造,以减少断花辊次数,提高升降台使用寿命。经过对升降台断花辊情况的长期跟踪,统计分析,总结出升降台断花辊主要原因有:

2.1随着生产节奏不断加快,钢坯坯料加大,对升降台冲击力加大;另外生产过程中有时因钢温过低或操作人员操作水平问题,也可能增加对升降台花辊的冲击力。

2.2花辊轴颈直径太小,花辊强度不够。

2.3花辊本身的结构缺陷,花辊辊片与辊轴之间通过焊接方式连接如图1,焊接部位的焊接应力不可能完全消除,影响了花辊轴的强度。实践表明,90%以上的花辊断裂部位是辊片与辊轴的焊接部位。

2.4 升降台由4个弹簧支承,弹簧起缓冲作用。由于升降台自重的增加,升降台自重就几乎将弹簧压缩到最大变形位置,当升降台受到冲击负荷时,弹簧基本无变形,完全起不到缓冲作用。根据以上原因的分析,对升降台进行如下几点改造:为提高升降台花辊的强度,把花辊轴颈直径加大,轴颈直径由~180mm改为~220mm。根据强度理论公式Q=M/IV即M=Q=Q(o.1d×d×d)Q一当量应力(MPa)一当量弯曲应力(N.mil1)一轴的抗弯剖面模量= 0.1d×d×dd一轴的直径(mil1)由上式可以看出,在轴材质不变的情况下,轴的当量应力是一定的,因此花辊轴所承受的当量弯矩与花辊轴的直径的立方成正比,即:(220×220 ×220)÷(180×180×180)=183(% )从上面的计算得知,轴的直径由180mm增加到220mm,而花辊轴所承受的当量弯矩提高了83% ,将近增加了一倍,也就是说花辊轴的强度提高了,从而提高了升降台花辊抗冲击能力。
为提高花辊轴的强度,应尽可能减少焊接产生的应力对轴的影响。为减小焊接部位的应力集中,必须对花辊结构进行改造。结合花辊本身的结构及外部因素,提出两种方案:第一种方案如图2所示,改变焊接部位结构;第二种方案是将花辊辊片与轴加工成整,即花辊由直径较大的圆钢直接加工而成。经过分析比较,第二种方案虽然取消了焊接工序,花辊强度较高,但加工难度大,加工工序比较复杂,而且成本也非常高,因此我们选择了第一种方案,相对比较经济合理。

花辊轴为台阶轴,台阶部位直径由~220mm增加为~240mm,这样焊接部位就移到了轴的台阶上。在焊接过程中所产生的径向应力就由于焊接结构的改变而减少了80%以上,即使在焊接过程中仍产生了较大的焊接应力,但由于结构的改变,改变了焊接应力的方向,也不会对轴的强度影响太大。在焊接过程中由于局部加热,轴表面可能引起材料性能的变化,最终影响轴的表面的强度。但由于焊接部位直径的加大,因此对花辊的强度影响不大。花辊轴台阶的根部加工R=5mm的圆角,以消除加工工艺产生的应力集中。焊接结构的优化,消除了一部份焊接应力,但不可能完全消除焊接应力,因此必须对花辊进行退火及时效处理(6个月以上),以消除残余的焊接应力。

要想使弹簧起到较好的缓冲作用,就必须增加弹簧所能承受的最大压缩力。升降台实际重量约27吨,共有4个牛腿弹簧支承,原弹簧所能承受的最大压缩力为7000kg×4=28吨,也就是说升降台自重几乎已经将弹簧压缩到最大变形位置,当升降台受到冲击负荷时,弹簧根本起不到缓冲作用。为使弹簧起到缓冲作用,就必须使升降台自重只能让弹簧有部分变形,当升降台受到冲击负荷时仍有较大的变形。提高弹簧所能承受的最大压缩力的途径有增加弹簧的圈数、增加弹簧的直径等。由于花辊本身结构的限制,增加弹簧圈数对升降台高度影响较大,因此只能增加弹簧的直径。将弹簧截面直径由40mm增加为50mm,经计算,弹簧承受的最大压缩力将由7000kg提高到12000kg,4个弹簧所能承受的最大压缩力为12000×4=48吨。升降台自重使弹簧‘的变形量占弹簧总变形量的27/48=55%,也就是说升降台受冲击负荷时,弹簧仍有45%的变形量。

3技术改造后的效果
由改造前后更换升降台统计表1、2可以看出,改造后每月更换升降台片数由改造前的8.25片下降到达2.33片,效果是非常明显的。不仅为生产赢得了时间,而且节省大量的备件费用,减轻了工人的劳动强度,每年可创效益231万元。