轧机卡盘机架锁紧液压螺母的原理及应用

刘景柏

轧机卡盘机架锁紧液压螺母的原理及应用

刘景柏
(宝钢集团新疆八钢公司轧钢厂，新疆830022)

介绍了液压螺母的工作原理。液压螺母以其装卸简便、锁紧可靠等优势，非常适合用于轧钢机械。

轧机；液压螺母；液压锁紧

新疆八一钢铁股份有限公司型材轧钢厂小型机组主要轧钢设备由18架平立交替布置的无牌坊短应力线卡盘式轧机组成，其卡盘机架采取整体更换，减少了换辊时间，提高了作业率，但同时对卡盘机架在连续无扭轧制过程中承受高载荷冲击的稳定性要求也提高了。因此，卡盘机架在轧机底座上的锁紧就成为轧制过程中保证设备安全稳定的一项重要因素，本文对型材轧钢厂小型机组卡盘式轧机机架锁紧所采用的设备——液压螺母作一介绍。

1 液压螺母的结构与工作原理

1.1 结构

液压螺母的外形见图1，内部结构见图2。

液压螺母主要由缸体、活塞杆、活塞、螺母、端盖、定位螺母、弹簧等7部分组成。其中定位螺母内外都有螺纹。内螺纹(M52×2)与活塞杆配合，对活塞起定位作用；外螺纹(M80×2)与锁紧螺母4配合，对卡盘机架起着锁紧作用。缸体端盖主要用于固定复位弹簧，使复位弹簧7在液压螺母解锁时能够产生一个辅助作用。在缸体下侧有一个G1/4的油孔，用以给缸体内通入高压油。活塞杆有两个作用，一是用于固定活塞，二是在其尾部有一个∅50 mm的销孔，用于将液压螺母与轧机底座连接。

图1 外形图Figure 1 Figuration drawing

1.2 液压控制系统

卡盘机架由4个螺母锁定，这4个螺母的油路采用并联方式与一个固定在轧机底座上的油路块相连。泵源采用可移动式气动液压泵为系统提供压力为40 MPa的高压油，用于螺母的锁紧或解锁，操作时只须将气动泵输出油管与油路块之间用快速接头相连。

1.3 工作原理及应用

启动气动泵后，高压油进入缸体下腔，作用在活塞与缸体之间，此时活塞由定位螺母固定在活塞杆上，而活塞杆则通过其尾部∅50 mm的销孔与轧机底座相连。因此，活塞、定位螺母、活塞杆与轧机底座连接成为一体，不可能再发生运动。而缸体与通过缸体端盖固定在缸体内的复位弹簧则成为可作相对于活塞杆运动的组件。高压油持续进入缸体下腔时，缸体组件相对于活塞杆组件作向下的相对运动。随着油液压力的逐步升高，复位弹簧压缩，卡盘机架与轧机底座之间间隙变小，锁紧螺母与缸体端盖之间开始产生间隙。当压力达到40 MPa时，螺母缸体将卡盘机架与轧机底座紧密地连接为一体。此时，液压螺母对卡盘机架产生的作用力F为：

1—缸体 2—活塞杆 3—活塞 4—螺母5—端盖 6—定位螺母 7—弹簧

式中P——系统压力，P=400 MPa；

A——压紧面截面积，A=79.09 cm2。

4个螺母产生的作用合力为F总=316 355×4=1 265 420 N

卡盘机架在4个螺母的作用力下牢靠地固定在轧机底座上，锁紧螺母与缸体端间产生了5 mm～10 mm的间隙。此间隙是缸体组件相对于活塞杆组件在高压油的作用下作相对位移后产生的。这时旋转锁紧螺母，通过旋转锁紧螺母填补此间隙，使缸体组件将卡盘锁紧在轧机底座上。完成上述操作后，将气动液压泵泄压，缸体下腔油压降为零，此时卡盘充气靠锁紧螺母作用在缸体上的作用力锁定，从而保证了轧制过程中卡盘在高度冲击载荷下的稳定性。

在更换卡盘机架时，将气动液压泵与油路块相连，开启动。压力升至40 MPa时反向旋转锁紧螺母，使螺母与缸体端间产生5 mm～10 mm的间隙。然后使泵泄压，此时缸体在复位弹簧的作用下相对活塞杆组件做向上的相对运动，填补螺母与缸体端盖的间隙，完成液压螺母对卡盘的解锁。

液压螺母安装、拆卸的方便性及可靠性在18架轧机中的立式轧机上体现的尤为突出。立式轧机不像平式轧机直接坐在基础上，而是由液压螺母连接“挂”在轧机牌坊上，同时又要承受轧钢过程中的冲击力，充分展现了其良好的可靠性。

2 液压锁紧的优势

八钢公司在小型机组建成之前，卡盘机架固定都采用的是机械式锁紧。机械式锁紧主要靠摩擦力锁紧，锁紧力不可靠、不持久，易松动、变形，需要维护人员经常检查、紧固。轧钢过程中，高温、粉尘、水淋使机械式锁紧装置很快锈蚀、卡死，通常直接采取破坏式拆卸法更换卡盘，费时费力还增加了维护成本。液压锁紧具有以下优势：

(1)卡盘拆装简便，缩短了换辊时间，提高了作业效率。

在轧线上换辊最频繁的K1机架上，使用液压螺母锁紧的卡盘更换时间仅需(10～15)min。

(2)锁紧力大，锁紧可靠。

液压螺母在常态锁紧下完全是一种机械锁紧，不存在采用双作用液压锁紧时发生泄漏后就锁不紧的现象。

(3)结构简单，维修方便。

液压螺母如有损坏只须将活塞杆尾部锁轴打出即可更换，且螺母内部结构较为简单，一般维修只需更换其内部密封件。

(4)适合恶劣环境。

轧钢设备一般都处于高温、粉尘、水淋的恶劣条件下，液压螺母也不例外，但因其设计较为合理，工作运动部件都隐蔽在缸体内，因此完全满足轧钢工况。

3 结束语

液压锁紧螺母在实际使用中性能良好，工作稳定、可靠，能对卡盘机架起到稳定的锁紧作用，并且可以长期有效地工作。

Principle Analysis and Applicable Practices of Locking Hydraulic Nut on Chuck Frame of Rolling Mill

LiuJingbo

The work principle of hydraulic nut has been introduced in this paper. Hydraulic nut has the advantages of convenient assembling and disassembling, reliable locking which can apply for rolling mill mechanics.

rolling mill; hydraulic nut; hydraulic locking

TG333

B

2010—08—17

编辑 傅冬梅