梅钢热镀锌开卷机芯轴故障分析

唐 英

（宝钢股份梅钢冷轧厂，江苏南京 210039）

0 引言

2018 年6 月，梅钢冷轧厂热镀锌机组开卷机芯轴在出现过一次故障，芯轴回缩时，T 形斜锲的边部被拉断，斜锲和扇形板分离，造成芯轴无法涨缩（图1）。当时机组被迫停机更换芯轴内的T 形斜锲，由于更换斜锲需要拆除开卷机芯轴将军帽和4 块扇形板，并且吊装困难。当时该项目总共耗时7～8 h，给机组的稳定顺行带来负面影响。

图1 损坏的T 形斜锲

1 受力分析

芯轴的涨缩是由涨缩油缸带动拉杆，拉杆带动T 形斜锲移动，T 形斜锲和扇形块之间的斜面产生错位；扇形块由于受到两端机械挡块的限制，从而产生芯轴直径方向的移动，实现开卷机芯轴的涨缩。芯轴涨开的实现是由拉杆回拉，T 形斜锲的整个斜面将扇形块顶开。由于T 形斜锲整个斜面受力，涨开的力很大；芯轴回缩是由拉杆推出，T 形斜锲的边将扇形板拉回来，实现芯轴回缩。

1.1 油缸产生的推力计算

油缸的活塞直径300 mm，活塞面积S=πR2＝π×152＝706.5 cm2，产生的推力F=PS。其中，P＝90 Bar（9.0 MPa），S＝706.5 cm2，则F＝90×706.5＝635.9 kN。

换算到T 形斜锲边部的力N1＝F/4/sinα/6。其中，4 为芯轴的斜锲数，6 是指一根斜锲共有6 个边；α 对应的是斜度。α 是1/6，则sinα＝0.16。因此N1＝635.9/4/0.16/6＝165.6 kN。

1.2 所求数值是作用在单个边上的力

（1）对单个T 形斜锲的边做受力分析。斜锲边部截面b＝15 mm；h＝10 mm，则Mmax＝N1×b÷2＝161.1×103×7.5×10-3＝161.1×7.5＝1028.25 N·m。

（2）计算抗弯截面系数W＝bh2/6＝15×10-3×（10×10-3）2/6＝250×10-9mm。

（3）计算应力σmax＝Mmax/W＝1028.25/（250×10-9）＝4.113×109Pa＝4113 MPa。

查手册得知：黄铜H68 的σb＝523 MPa，因此，当芯轴收缩过程中扇形板发生卡阻时，T 形斜锲受力足以折断边部，因此，减小芯轴收缩的力可以避免此类事故的发生。根据上述推导，只要保证L 形斜锲边部的最大应力σmax≤σb就可以实现。由此，根据比例关系可以计算出的最大推力Fmax/F＝523/4113，所以Fmax＝635.9×523/4113＝80.9 kN，Pmax＝Fmax/S＝80.9/706.5＝11.5 Bar＝1.15 MPa。

2 优化方法

对原液压回路进行分析。改造前回路的压力由常规减压阀控制，型号为PRB30P-10-2/100Y-L03，出口压力维持在90 Bar，因此换向阀工作在左位和右位回路压力均是90 Bar，也就是芯轴涨开和缩回压力都是90 Bar。

改造后换向阀前设置比例减压阀，型号为DREME 30-4X/100YMG24K31，该阀可以在线调整压力，因此，可以实现涨开和收缩压力不相同：当PLC 发指令要求换向阀右侧电磁铁得电的同时，发指令给比例减压阀，使比例减压阀输出90 Bar 压力，芯轴涨开；当PLC 发指令要求换向阀左侧电磁铁得电的同时，发指令给比例减压阀，使比例减压阀输出10 Bar（1.0 MPa）压力，芯轴收缩。

通过比例减压阀控制收缩的压力，涨开时90 Bar，收缩时小于11.5 Bar 即可，现场调整到10 Bar。

3 讨论

梅钢冷轧厂重卷机组卷取机芯轴设计的与众不同，没有采用上述T 形斜锲，该芯轴共8 块扇形板，4 块小扇形板也由斜锲推动涨开，但是该斜锲没有边，只是负责将扇形板涨开，缩回时靠大扇形板和芯轴之间的弹簧将扇形板拉回来。采用这种设计形式也可以完全杜绝文中阐述的故障。这种涨缩芯轴由西重所设计，在国内采用的比较少。

4 结束语

通过控制芯轴涨开和回缩的压力，有效杜绝了T 形斜锲边部被拉断的故障，避免了长时间停机对连续性生产造成的影响。