冷连轧机接轴抱紧结构优化

周铁强 高卫军 余爱祥

(二重(德阳)重型装备有限公司，四川 德阳 618000)

山东某1420冷连轧项目于2015年投产，投产后，用户反馈在换辊过程中，接轴抱紧装置经常因为定位不准而导致工作辊扁头无法顺利与万向接轴扁头套对接，导致换辊失败，需要人工调整接轴抱紧装置的抱紧头位置后，才能完成换辊工作。此现象大大增加了换辊时间，降低了生产效率，影响生产线年产量。

针对这种情况，我公司对接轴抱紧装置做了优化设计改进，并成功运用于河北某冷连轧项目，取得较好的效果。

1 原设计接轴抱紧装置工作原理

1.1 结构组成

接轴抱紧装置由抱紧头、驱动液压缸、导向杆和支架等组成。其结构见图1、图2。换辊时，为保证新工作辊扁头能顺利插入万向接轴端部的扁头套，需要用接轴抱紧装置固定住工作辊接轴扁头套的位置。

1.2 工作原理

工作辊工作时，液压缸驱动抱紧头移动至左右两边，为工作辊的升降让出空间。当工作辊需要换辊时，液压缸驱动抱紧头向中心移动，将工作辊接轴扁头套固定在换辊位置上。

抱紧头采用半径与万向接轴工作辊扁头套外径一致的圆弧设计，通过液压缸驱动抱紧头抱紧后，可以将工作辊接轴扁头套准确定位在换辊位置上。抱紧头上、下两外圆弧结构能够约束工作辊接轴扁头套在径向垂直面内的所有自由度，实现精确定位。

1—抱紧头 2—驱动液压缸 3—导向杆 4—支架图1 接轴抱紧装置Figure 1 Spindle clamping device

图2 接轴抱紧装置Figure 2 Spindle clamping device

2 原设计换辊失败问题分析

2.1 换辊失败问题分析

(1)接轴抱紧装置使用初期，定位精度误差在允差范围内正常；使用一段时间后，精度被破坏，定位精度超过允差范围，无法使用。精度超差主要发生在垂直方向上，水平精度破坏较小。

(2)换辊时，工作辊扁头在送入万向接轴扁头套时有一定的自位性，允许扁头套在垂直方向上有微小的摆角，如图3。由于接轴抱紧装置约束了万向接轴扁头套在垂直方向的自由度，因此，工作辊扁头会卡在万向接轴扁头套中，无法实现自位动作。

图3 工作辊扁头与接轴扁头套之间的摆角示意图Figure 3 Tilt angle between working roll flat head and spindle flat head sleeve

2.2 设计问题分析

(1)由于加工和装配误差，万向接轴扁头套在换辊位置的中心与抱紧头圆弧中心无法绝对重合，工作状态下会发生过约束现象，在换辊过程中，会很快磨损抱紧头圆弧面，使其定位精度被破坏。另外，过约束产生的非水平方向分力会使接轴抱紧装置垂直方向的装配误差加大，进一步破坏定位精度。

(2)受限于设备空间位置，抱紧头仅能抱住万向接轴扁头套靠近接轴一端，且抱紧宽度有限。万向接轴的扁头套重量较重，工作辊扁头移出后，另一端会产生向下搭头的趋势，如图4所示。结合抱紧头的磨损问题，会导致工作辊扁头从万向接轴扁头套中抽出后，扁头套未抱紧端产生明显的搭头。

图4 扁头套搭头示意Figure 4 End fall of flat head sleeve

3 优化设计

经过分析和讨论，决定采用接轴托辊支承的结构代替原设计接轴抱紧的优化方案。

3.1 优化设计后接轴托辊支承结构

接轴托辊支承结构由驱动液压缸、托辊和摆杆支架等组成，如图5、图6、图7所示。上工作辊接轴支承辊固定在摆杆一端，在液压缸的驱动下可以沿高度方向摆动；下工作辊接轴支承辊采用固定支架，换辊时，可直接将下工作辊接轴的扁头套落在辊轮上。

3.2 接轴托辊支承技术参数

接轴托辊支承技术参数见表1。

1—驱动液压缸 2—托辊 3—摆杆及支架图5 接轴托辊支承Figure 5 Spindle roller supports

图6 上工作辊接轴托辊支承Figure 6 Spindle roll supports of upper working rolls

图7 下工作辊接轴托辊支承Figure 7 Spindle roll supports of lower working rolls

表1 接轴托辊支承技术参数Table 1 Technical parameters of spindle roll supports

3.3 接轴托辊支承工作原理

上工作辊工作时，接轴支承的上辊轮由液压缸驱动向下摆开，让开上工作辊的升降空间。当上工作辊需要换辊时，接轴支承的上辊轮由液压缸驱动向上摆动，在换辊位置托住上工作辊接轴的扁头套，辊轮的换辊位置由接近开关控制，并在安装时调整好。

下工作辊工作时，下工作辊被AGC缸抬升至轧制高度。当下工作辊需要换辊时，下工作辊下降至换辊位置，由于下工作辊的工作高度永远高于其换辊位置高度，因此，只需要在下工作辊处于换辊位置时，设置固定的辊轮即可达到托住下工作辊接轴的扁头套的作用。

3.4 接轴托辊支承结构优点

上工作辊接轴的扁头套长度较短，采用两组辊轮即可稳定托住，而下工作辊接轴的扁头套长度较长，需要三组辊轮才能够稳定托住。经过安装时的调整，辊轮的位置可以约束上、下工作辊接轴的扁头套在径向垂直面内除垂直向上以外的全部自由度，而垂直向上的自由度恰好可以满足工作辊扁头与万向接轴扁头套连接时对自位性的要求，避免原设计过约束的缺点。

工作辊换辊时，常常由于工况需要，工作辊和接轴需要较长时间才能停止转动，接轴支承辊轮可以直接托住工作辊接轴扁头套随万向接轴一起转动，减少换辊时间，同时也避免不必要的磨损。

接轴托辊支承结构避免了原设计中由于过约束造成的过度磨损导致的定位不准确；双辊轮和三辊轮布置巧妙地利用了接轴重量，避免了扁头套的搭头现象；而且，优化后的接轴托辊支承可以充分利用工作辊扁头和万向接轴扁头套连接时的自位性，换辊时，使工作辊扁头顺利插入接轴扁头套。

4 结语

通过对接轴抱紧装置的优化设计，解决了原设计接轴抱紧装置经常发生换辊失败的问题，在实际使用中没有发生新问题。新结构提高了换辊成功率，减少了用户维护设备的频率，提高了生产效率，在实际应用中取得较好的效果。

河北某冷连轧车间应用了此方案以后，换辊工序高效、顺利，设备维护少。