某1450mm热连轧机卸卷小车升降结构部件改进设计

杨斯淮+李嘉牟

摘 要：文章介绍了某1450mm热连轧机卷取机区卸卷小车升降结构部件的改进设计。

关键词：卸卷小车；升降结构；球面杆结构

卸卷小车是应用于带钢热连轧生产线的重要设备，因其工作状态直接影响着热连轧机生产力的发挥，所以卸卷小车的结构稳定性至关重要[1-3]。本文以某1450mm热连轧机卸卷小车为例，介绍了卸卷小车的功能特点及其升降结构部件的改进设计。

1 卸卷小车的功能特点

卸卷小车本体主要包括托辊、车轮、车架、抬升架体、升降液压缸等。卸卷小车工作时，由升降液压缸、抬升架体和托辊等部件构成的升降装置将钢卷从卷筒移出，行走装置提供动力控制卸卷小车的水平运动，钢卷被运送至打捆机固定台架。综上可以知道卸卷小车的执行功能包括升降功能和行走功能。

2 升降结构部件改进设计

卸卷小车的抬升架体和升降液压缸活塞杆头之间采用销轴连接的结构这在以往项目的设计制造中得到了广泛应用，但现场用户反映曾出现过销轴断裂的情况，针对此问题，某1450mm热连轧机卸卷小车对销轴结构进行了改进设计，采用球面杆结构替代销轴结构。

2.1 销轴结构

销轴可以固定零件之间的相对位置并用于连接，具有拆装方便、定位准确、承载能力大等特点，鉴于以上特点，销轴结构被应用于卸卷小车抬升架体与升降液压缸活塞杆头的连接中，进而通过液压缸活塞杆的伸缩运动实现抬升架体竖直方向的升降动作。销轴尾端由垫片套住，同时设计一通孔并贯穿安装长度大于尾端直径的销，销与垫片共同配合作用，防止销轴产生轴向窜动。

在一些项目中，销轴结构采用的是连接段等径销轴，但在实际使用中出现过设备维修拆卸困难、装配插入难以一次对正等问题。为了解决上述问题，某1780mm热连轧机卸卷小车在设计升降结构的过程中借鉴了阶梯轴的特点，将杆头与抬升架体连接段设计加工为三段阶梯结构变径销轴，变径销轴连接结构架体如图1所示。在设备运行中，杆头和销轴由接触压力会产生塑性变形，但是各阶梯面间因销轴外表面与杆头内环面的配合面外径尺寸不同而不会彼此影响，所以连接段变径销轴的设计更为合理。

2.2 球面杆结构

變径销轴结构虽然优化了等径销轴的一些不足，但是根据用户反馈，实际生产出现过销轴断裂的情况。分析其原因，钢卷卷取结束时，理论上带尾应该停留在5点钟位置，继而处于等待位置的卸卷小车将钢卷卸下。而实际操作中，由于电控不准确等原因，经常会发生最后一圈带尾卷取不完全而打到卸卷小车托辊的现象。把托辊和抬升架体整体视为刚体结构，当带尾对托辊的瞬间击打时，力的传递使销轴的连接结构受到了瞬间较大的冲击力，因此是有可能发生销轴断裂的情况。

鉴于以上问题，在某1450mm热连轧机卸卷小车升降结构的设计中，将销轴结构改为球面杆结构，如图2所示。升降液压缸活塞杆头通过螺纹连接的球面杆代替销轴孔结构，液压缸活塞杆带动球面杆头与抬升架体中部钢板相切接触进而控制抬升架体的升降动作。同时，为了避免抬升架体在下降过程中无法依靠自重回复到预定位置等情况的出现，设计了一块加工有直径小于球面杆直径的挡板，挡板焊接在抬升架体中部钢板上，利用球面杆不等径的特点，抬升架体可以随球面杆一同下降。

球面杆结构相比销轴结构具有如下优点：（1）当抬升架体的外侧和车架体内侧滑板磨损较小时，忽略滑板间隙，瞬间的冲击力会造成销轴受到的外力过大以至发生断裂破坏。同样的情况下，当冲击力过大时，球面接触点会因为塑性变形压缩成一个小直径平面进而从点接触变为面接触，缩减的竖直方向上的尺寸可以通过增加升降液压缸连杆伸出量弥补。从理论上分析，升降液压缸活塞杆头与抬升架体的销轴连接结构，在钢卷和抬升架体的自重等外力F的作用下，销轴中段相对于左右两段具有反向的错动，所以可视为双剪切问题进而计算其截面的平均切应力。实际上，横截面上的切应力分布并不均匀，截面最大切应力τmax的值为平均剪切应力τ的4/3倍[4]，即τmax=■·■=■·■？燮[τ]，式中：F为外力；A为销轴的截面面积；[τ]为许用切应力。将球面杆结构简化为等径圆柱体长杆结构，当升降液压缸连杆伸出并带动球面杆顶起抬升架体时，近似取杆的直径与销轴相同，则杆的截面面积与销轴截面面积相同均为A，当受到相同外力F时，球面杆受到的压应力大小为？滓=■？燮[？滓]，式中：[？滓]为许用应力。按照第三强度理论，许用切应力和许用应力的关系为[τ]≈0.5[？滓]。从以上计算结果分析可知，相比而言剪应力的破坏是更容易发生的，因此球面杆结构更具有安全性。（2）当抬升架体的外侧和车架体内侧滑板有较大磨损时，滑板间出现了一定量的间隙，此时如果托卷辊受到钢卷带尾的击打，由于间隙的存在，抬升架体会出现小幅度晃动，销轴结构在瞬间的冲击力的影响下，不仅受到的剪切力增大，而且由于升降液压缸活塞杆与抬升架体之间通过销轴连接，抬升架体的晃动会带动液压缸活塞杆产生弯曲，严重的情况下会使得液压缸报废。同样的情况下，由于球面杆结构与抬升架体之间并不是连接结构，即使发生抬升架体的晃动，球面杆头与抬升架体接触的钢板间仅会产生微小的相对滑动，不会影响到液压缸。（3）球面杆结构的设计更有利于装配、维修等，同时能够降低设备故障的可能性。

3 结束语

通过对卸卷小车升降结构的设计改进，使其工作性能更加可靠，方便了设备的安装维护，生产现场使用效果良好，有效保障了生产的稳定性。

参考文献

[1]刘海涛.热连卷取机卸卷困难故障分析及排除[J].天津冶金，2016（6）：33.

[2]王忠臣.武钢2250mm热连轧机卸卷小车质量检验[J].一重技术，2003（3）：109-110.

[3]朱洪波.卷取机卸卷小车的设计改进及应用[J].一重技术，2008（4）：9-10.

[4]成大仙.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2004.

作者简介：杨斯淮，一重集团大连工程技术有限公司，设计一部，助理工程师。

李嘉牟，一重集团大连工程技术有限公司，设计一部，工程师。