型钢推钢机导向杆断裂原因分析

摘要：文章通过对型钢推钢机导向杆的断裂原因进行分析，将理论力学及材料力学相关知识应用到了生产实际中，找出了导杆断裂的原因。

关键词：型钢推钢机；导向杆；剪切应力；倾翻力矩；导杆断裂 文献标识码：A

中图分类号：TG305 文章编号：1009-2374（2015）23-0081-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.042

1 概述

型钢推钢机的作用是将冷钢坯推入加热炉进行加热。推钢机是轧钢工序中第一个主体设备。推钢机有几种传动形式，比较典型的有液压传动、齿轮齿条传动等。型钢推钢机采用液压传动形式。该设备是由液压缸、推头、导向杆等部件组成。导向杆是为了保证推钢机前后移动的同轴度。2014年8月23日，推钢机导杆与推头连接处断裂。事后对断裂原因进行了分析，除了操作方面的原因外，设计方面也存在着一定的问题。该设备在设计时只是考虑了一种布钢模式，而未充分考虑所有的布钢模式。因此，在实际运行过程中，有可能出现超过负荷的现象。

2 型钢推钢机的相关参数

2.1 型钢推钢机的工作原理

型钢推钢机的简图如图1所示：

由图1我们可以看出，由液压缸推动推头，由推头将钢坯向前推动，而后面的钢坯将前面的钢坯向前推动，这样逐级将推力传递出去，从而推动了整个加热炉的钢坯向前移动。

2.2 加热炉的布钢形式

型钢厂钢坯规格为250mm×250mm或250mm×350mm。其加热炉规格为8m×28m。加热温度为1200℃。

加热炉的布钢形式有三种，如图2所示：

由图2可以看出，第一种和第三种布钢形式，1#、2#推钢机的推头能够均匀受力，不会产生倾翻力矩，因而不会使导杆产生剪切应力。而第二种布钢形式则会使推头单边与钢接触受力，从而产生倾翻力矩，进而使导杆产生剪切应力，久而久之，导杆便会断裂。

2.3 计算前的相关参数的确定

3 计算分析

3.1 推钢机受力分析

如图3所示，推钢机在推钢的过程中，液压缸对推头的力为F，钢坯给推头一个反作用力，为了让钢坯移动，F≥。F与会形成力偶，而为使系统达到平衡，那么该力偶会被别的力偶抵消掉，因此，可以推断在导向杆的支撑架上会产生作用力、；、，而这些力之间会形成反方向的力偶，从而抵消F与的力偶的作用。而根据现场断面的情况来看，导向杆类似于剪切断面，因而推断导向杆与推头接触处存在着剪切应力。另外，从现场观察来看，在单边受力的情况下，如果要将钢推动，推头会倾斜25°左右，因而液压缸对推头的推力F如图4所示。力F可以分解为、。

3.2 计算前的一些假设

为了使计算方便，更为了能够尽快地找出导杆断裂的主要原因，我们做如下假设：

由于两个导杆对称，假设其受力完全一样，==P；==Q。因而推钢机的受力分析图可如图5所示：

3.3 计算参数

3.4 计算剪切力

虽然通过计算得出剪切应力小于剪切许用应力，但是实际剪切应力值已经接近许用应力。而且考虑两边有可能受力不对称，另外加上推钢机的工况及反复操作等原因，导杆与接推头接触的地方反复产生交变应力，也有可能使导杆疲劳断裂。

4 结语

通过以上的计算并结合相关分析，导杆断裂的原因是：（1）设计时未充分考虑到型钢的布钢形式，忽略了剪切应力对导杆的影响；（2）导杆与推头结合处倒角过小，使得应力集中。解决方法有：（1）尽量调整布钢形式，使推头两边均匀受力，尽量减少由于单边而产生的剪切应力；（2）将导杆与推头连接件重新加工，增加结合面的倒角，分散应力；（3）重新计算，重新设计导杆的结构及尺寸，对设备进行改造。

本文利用理论力学及材料力学的原理对推钢机导杆断裂原因进行了分析，而为了使计算方便，设置了一些假设，并利用了一些估算的方法，使得计算结果与真实情况略有差异。如果想要得到更为精确的结果，还是要利用计算机的一些软件进行模拟、仿真。但是，在精度不是很高的设备上利用该方法进行分析，对设备问题进行定性的判断，这些方法还是很有效果的。

参考文献

[1] 刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2] 成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，1993.

作者简介：马宁辉（1978-），男，重庆钢铁（集团）有限责任公司工程师，研究方向：机械工程。

（责任编辑：秦逊玉）