段宾宾
河钢唐钢高强汽车板有限公司 河北唐山
摘 要:文中介绍发开卷机的主要功能和常见结构,分析了我厂多次发生的卷筒铜镶条窜出和扇形块燕尾槽断裂两类典型故障,并根据分析结果提出了相应的优化改进措施。
关键词:开卷机;卷筒;扇形块
1开卷机功能介绍
以冷轧为例,酸洗、轧机、连退、镀锌、平整等连续生产线均安装有开卷机,开卷机的作用是为机组开卷、上卷,并为入口段提供一定张力。为保证机组的连续运行,通常设计有两个开卷机轮流开卷,如:当1#开卷机上的带钢运行时,可以向2#开卷机芯轴上卷,并完成压带头、穿卷等准备工作。开卷机的基本功能包括旋转、涨缩、横向平移。其中,开卷机旋转由开卷机主电机通过减速机驱动,可提供正向和反向两个方向的转矩,开卷机正向旋转能够将带钢由矫直机输送至焊机,芯轴上卷时提供反向旋转防止卷芯受到阻力出现塔芯,正常运行时提供反向扭矩以保持入口段张力;涨缩动作由涨缩液压缸通过四棱斜楔锥体机构驱动,小车托起钢卷穿卷时,芯轴处于缩的状态,直径小于钢卷卷芯直径,穿完卷后芯轴涨起,之后液压控制系统始终保持一定的压力,以确保钢卷在运行过程中不会因系统泄压而松动;横向平移运行由基座后方的横移液压缸驱动,由液压伺服系统控制,能够控制钢卷及整个开卷机在中心线两侧来回平移,上卷时确保钢卷中心与产线中心线重合,跑卷时还具有纠偏作用。
2开卷机结构介绍
开卷机通常由传动系统、压辊、卷筒、对中系统及外支撑等组成。其中卷筒是开卷机构造中最复杂、也是最主要的结构之一。卷筒扇形板通过燕尾槽与芯轴连接,共计4块,扇形板内部设计有径向滑道,涨缩时扇形板沿径向滑道移动,通过斜楔机构实现卷筒的涨缩功能。在芯轴尾部连接有能够与芯轴同时高速旋转的涨缩液压缸,液压缸的缸杆与芯轴内部的拉杆通过螺纹连接。旋转液压缸尾部设计有旋转接头,因此旋转液压缸能够在高速旋转的过程中完成涨缩动作。同时为改变卷筒外径,可通过上胶套、增加扇形块厚度等形式增加卷筒公称直径。卷筒结构本身能够在液压缸驱动下在导轨上横向移动,能够达到位置控制的效果。同时为提高运行稳定,一般在卷筒帽头靠外支撑装置固定,上料后外支撑在液压缸驱动下能够托住卷筒帽头,不耽误上料的情况下同时缩回外支撑。
2卷筒铜镶条窜出故障分析
在对全厂开卷机故障进行统计时发现,卷筒铜镶条窜出故障发生频率最高,故障率高达54%。卷筒扇形块锥面安装在四棱锥面上,并靠一对L型铜镶条连接定位,扇形块端面燕尾槽凸台配合安装在肩空心套端面燕尾槽凹槽内。卷筒涨缩时,旋转液压缸通过拉杆带动四棱斜楔锥体轴向运行,斜楔推动4个扇形块径向运动,从而实现卷筒涨缩。在扇形块上的平面压板处由2条螺栓固定着铜镶条,当四棱斜楔锥体轴向动作时,会对铜镶条产生一定的轴向挤压力,当挤压力过大时,挤压力通过压板传至固定螺栓,导致固定螺栓脱落,铜镶条失去固定后在动作过程中窜出。
分析铜镶条窜出故障原因:铜镶条压板为平面结构,而铜镶条的端面也是平面结构,在纵向方向上压板虽然能够压住铜镶条,但铜镶条在横向上没有约束力。因此,当扇形块涨开时,会由四棱斜楔锥体挤压铜镶条并在压板及铜镶条勾头部位产生一个斜向力,这个力在纵向和横向均有分力,由于平面压板不能束缚横向分力,卷筒频繁涨缩动作,固定螺栓松动脱落,导致发现铜镶条窜出故障。
3扇形块燕尾槽断裂故障分析
我厂各线开卷机发生扇形块燕尾槽断裂故障共计5次,平均每年约发生1次。一但发生扇形块燕尾槽断裂故障,处理时间通常都会超过10小时,即使可以单线生产,依然严重影响生产效率。特别是对于连续热镀锌机组,发生该类故障后,整个机组停车,处理带头或带尾,转单线运行,过程中会产生大量非计划品,经济损失惨重。
开卷机卷筒扇形块或空心套端面燕尾槽出现断裂现象产生的原因:开卷机扇形块和空心套是以端面燕尾槽形式相互配合,空心套端面燕尾槽的凸台镶契在扇形块端面燕尾槽的凹槽内,当四棱锥轴作轴向运动时,扇形块作径向运动,卷筒直径张大,支撑钢卷。
3.1取样检测分析
对断裂的扇形块进行取样,并送至研究所进行化学成分及金相组织检测,根据检测结果可知:
⑴化学成分检测:原设计中扇形块的材料应选用42CrMn,该材料符合扇形块的材料制造要求。但样品的化学成分检测结果显示:Si含量明显高于42CrMn的标准含量。Si含量过高,一方面增加了材料的淬透性,但另一方面也增加了材料的回火脆硬性,塑性降低,因此受到过大外力后易发生脆性断裂。这一检测结果与报告中的“脆性断面”一致。表1所示。
⑵金相组织检测:
检测结果显示样品晶粒组织由贝氏体和少量珠光体组成,根据检测结果分析可知,材料在淬火时未达到要求温度,因此晶粒主要成分不是马氏体,而多为贝氏体,少量珠光体的出现说明材料在热处理工艺中并未进行高温回火,或者是在高温回火时未达到高温回火温度。因此未得到正常热处理工艺下应试出现的索氏体,从而导致零部件的脆硬性增加,塑性降低,易发生断裂。
4优化及改进措施
4.1铜镶条固定形式的改进
将压板的平面结构改为“山”字形结构(图1为压板零件图),压板中间设计有凸台,通过螺栓固定后能够与扇形块T型槽紧密接触,接触面所产生的静摩擦力足以防止其松动。改进前的平面压板通过螺栓压紧铜镶条后未与扇形块接触(与T型槽端面存在10mm左右间隙),因此易产生松动。而改进后的压板两侧的凸台能够将牢牢卡住铜镶条勾头,铜镶条在扇形块T型槽内被完全约束,能够有效抵制卷筒动作时产生的挤压力。
4.2扇形块的改进
根据筒扇形块端面燕尾槽断裂故障原因分析,故障原因是扇形块材质及热处理工艺未达到技术要求。因此改进措施为:
⑴要求扇形块制造厂家严格按照技术要求执行,包括材料成分的控制和热处理工艺的控制,并对进厂的备件进行随机抽样检测。
⑵制定修复方案,对断裂的扇形块进行修复,费用由制造厂家承担。
参考文献:
[1]王海文.轧钢机械设计[M].北京:机械工业出版社,1984.
[2]靳哲,苏华,吴安民.开卷机卷筒扇形板受力分析与仿真[J].冶金设备,2013(S1).