棒材精整平托抬钢机链条断裂原因分析及改进

摘要：本文介绍了陕钢集团西安轧钢厂棒材精整平托抬钢机工

作原理，通过对抬钢机链条频繁断裂的原因分析，提出了解决方案，并取得了很好效果。

关键词：棒材精整抬钢机分析改进

陕钢集团西安轧钢厂生产线是一条半连轧棒材生产线，两个成品库房布置在主跨两侧，分别命名为东库和西库，同时该条生产线精整部分布置有两个检查台架及收集打包装置，分别布置在冷剪后辊道的东西两侧。检查台架上的成品钢材落到收集槽后，经过抬钢机移动到输出辊道上进行打包，打包完成后入库。自投产以来，抬钢机频繁地出现链条断裂的故障，严重影响着生产的顺行。本文对抬钢机链条频繁断裂现象进行了计算分析，并对抬钢机进行了改造，取得了很好的效果。

1 抬钢机工作原理

1.1 抬钢机结构组成 抬钢机安装在收集槽和输出辊道之间，主要由包括传动机构、制动机构、长轴、轴承座、回转臂、托架、固定链轮以及链条等组成（图1）。

[1.检查台架链轮 2.收集槽3.托架4.链轮一

5.回转臂6.链条7.链轮二8.长轴9.输出辊道][12 34 5 6 789]

图1

在抬钢机构中，链轮一安装在托架上，托架和回转臂绕着链轮一中心轴相对转动。链轮二为空心链轮，长轴穿过链轮二中心，可以做任意角度的旋转。链轮二安装在立柱上，固定不动。链轮一和链轮二大小相等。长轴和回转臂用平键联接。

1.2 抬钢机工作原理 安装时，首先把托架调整到直立方向（图1），长轴转动时，回转臂随之转动。链轮一和链轮二之间用链条联接，因此长轴在转动360°的过程中，托架始终处于直立状态。

1.3 抬钢机功能 抬钢机的功能主要是把收集槽内的钢材平托移动到输出辊道上，进行打包。检查台架链条上的钢材，随着链条的移动，会逐根落到收集槽内，收集槽内的钢材数量达到打捆的要求后，抬钢机回转臂顺时针旋转，托架托起收集槽内的钢材，放置到输出辊道上，进行打包。

由于检查台架上的钢材落到收集槽内，是断续的过程，频率不固定，因此收集槽有暂时储存钢材的功能。这个过程和输出辊道上钢材捆的打包可同时进行，互不干扰，因此，收集槽和抬钢机的应用，节约了打包的等待时间，有利于整条轧线钢材产量的提高。

2 抬钢机链条频繁断裂现象及原因分析

2.1 抬钢机链条频繁断裂现象 抬钢机自2004年安装应用后，装配在链轮一和链轮二上的套筒滚子链频繁地出现断裂现象，最近三年来平均每天出现故障达两次之多，每天误机时间15分钟左右，不仅对链条的使用造成很大浪费，而且严重地制约着轧线产量的提高。

2.2 抬钢机链条频繁断裂原因分析 在分析链条断裂的原因时发现，托架在设计结构上存在缺陷，导致链条承受拉力过大。原设计链轮一位于托架一侧，偏离中心线303mm，导致钢材被托架托起时，链条受力过大（图2）。

[L1=303][L2=1600]

图2

2.2.1 链条承受拉力计算。在平常的生产中，钢材每捆重量为2800kg，链条型号为24A，链轮一和链轮二的节圆直径均为171.31mm，根据图2，计算链条上半部受拉力,根据力矩平衡计算公式R·G=L1·F。

式中R为链轮节圆半径，G为钢材重量，L1为托架到链轮一的中心距，数值为303mm，F为所求链条载荷，经过计算，链条上半部分所受拉力载荷为F=99kN。

在抬钢机上，共安装有4套回转臂及托架，则24A链条并联4根，因此，平均分配到每根链条上的拉力载荷为24.8kN。

2.2.2 链条承受拉力载荷分析。查《机械设计手册》，24A链条单排极限拉伸载荷为124.6kN，根据链条工作实际情况，链条的冲击载荷系数应该选取1.5，那么每条链条上的动载荷应该为37.1kN。

根据计算结果来看，每根链条上的动载荷远小于链条的单排拉伸极限载荷，但是，在实际的工作过程中，各个托架在接触到钢材时的高度难以达到一致，这就决定了4根链条所受的动载荷差别极大，个别链条动载荷会接近链条的单排拉伸极限载荷，引起链条的断裂。

3 抬钢机改进措施

根据对链条断裂的原因分析，要使抬钢机链条使用正常，则必须把所有托架调整到同一高度。但因为回转臂和长轴的联接平键较易磨损而较难做到。但是可以通过降低链条的动载荷来实现链条的正常使用。

减小链条的动载荷可以采取三种措施：①减小钢材捆重；②缩小链轮一到托架的中心距；③增大链轮一的节圆直径。在这三种方案中，第②种方案简单易行。

根据方案②，把托架右移，使其与链轮一中心重合（图3）。同时，为了使被托起钢材能准确地被移动到输出辊道上，则需要把回转臂缩短303mm，改造后的托架和回转臂如图3。

[1297]

图3

[1.检查台架链轮 2.收集槽3.托架4.链轮一

5.回转臂6.链条7.链轮二8.长轴9.输出辊道][12 34 5 6 789]

图4

回转臂缩短、链轮一和托架中心重合后，需要把收集槽同时右移（图4）。

改造后的链条不再承受托架扭转所施加的载荷，功能变为仅仅使托架保持直立，因此所受载荷几乎为零。

改造前回转臂处于水平位置托起钢材时，长轴所受扭矩为53284N·m，改造后长轴所受最大扭矩为36316N·m，仅为改造前的68%。

4 结语

陕钢集团西安轧钢厂抬钢机自2013年9月份改进以来，在使用过程中再未出现链条断裂现象，改造前的长轴因扭矩过大引起变形和联轴器安全销断裂故障也再未发生。改进后经济效益非常明显，以每天节约误机时间15分钟计算，年创造经济效益76.65万元，同时节约了链条的使用及维修费用，年综合创效可达百万元以上。减轻了维修工人的劳动强度，创造了较大的社会效益。

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作者简介：王培培（1985-），女，陕西西安人，陕西钢铁集团有限公司，工程师，研究方向：冶金工程。