热轧平整线卷取机卷筒故障分析与处理方法

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摘 要：随着我国钢铁行业的快速发展，对热轧产品的表面质量和机械性能提出更高的要求，对轧后钢卷进行平整的要求越来越高。平整机组卷取机实际应用中仍有较多故障问题存在，尤其其卷筒部分更易有较多异常问题出现，需根据这些问题表现做好控制处理工作。本文将对热轧平整线卷取机卷筒相关概述、卷筒传动机构故障与处理以及扇形板失效问题与处理等进行探析。

关键词：平整卷取机；卷筒故障；问题处理

前言：作为卷取机重要部件，卷筒在缩径卸卷方面一般需在带材压力较大情况下实现，这就要求卷筒在刚度、强度上都得以保证。但卷筒实际运行中，其较多关键部件都可能出现失效问题，如在扇形板方面，若其加工装配质量较差，将会造成扩张与收缩困难，再如传动构件中，本身包含较多零部件，各部件出现故障的概率极高，这些问题都成为制约卷取机综合性能提升的重要因素。因此，本文对这些故障及其解决措施的相关研究，具有十分重要的意义。

一、热轧平整线卷取机卷筒相关概述

卷筒结构为四段四棱锥结构，其组成部分集中表现在轴承、传动齿轮、旋转接头以及扇形板等方面，其中前几种零部件都可作为传动结构。实际运行中，卷筒中的棱锥轴会在其他部件带动下发生轴向移动，扇形板斜面斜度为14°，在此基础上的完成相应的运动过程，卷筒在扩径中实现卷取目标，需注意该过程中扇形板处于上移状态，假若其以下移状态为主，将会完成脱卷过程。从卷筒实际运动状况看，其卸卷、卷取等实现，卷筒外径为φ730-φ762mm。同时，在卷筒结构中，往往也在支座处进行滚子轴承的装设，其目的在于改变悬臂结构形式，使的卷筒刚度得以增加，这样在整个平整卷取中都极为稳定。即使对于钢卷卷重较大情况，这些传动机构也可起到明显的支撑作用[1]。

二、卷筒传统机构的故障与处理

（一）传动机构的主要故障问题分析

卷筒传动机构问题是卷取机运行中的主要问题，其故障发生的频率极高。从卷筒传动机构构成上看，集中表现在活动外支撑、旋转接头、胀缩液压缸以及主传动箱等方面，不同结构在卷取机运行中会表现出不同的作用，但也可能出现一定的故障问题。本文在研究过程中主要考虑将有限元分析法引入其中，通过Pro/Engineer软件进行卷筒传动有限元模型的构建，在此基础上对传动机构各零件进行分析。为保证整个分析过程与有限元分析要求相适应，可考虑简化真个传动机构，在做好卷筒抗拉强度、屈服强度以及钢卷宽度与外径等参数设置的基础上，完成整个分析过程。

通过分析发现，对于装设于卷筒中的三个轴承，由于前两个轴承可适应轴向力，所以符合安装要求，但与旋转装置靠近的轴承，其在外圈与内圈上都采取不同的固定方式，假定有轴向力作用于机构中，该轴承将承受较大的力，尤其在外圈、内圈上将有交错受力情况存在，此时滚动体便可能受到损害。如果操作中未注意对该受损轴承进行及时修复或更换，很可能使高低速轴受到不同程度的破坏。再如液压缸推拉力进行传递中，机械连接次数较多，若这些连接中出现问题，零件在高速旋转环境下会受到明显影响。另外，对于旋转接头部分，其本身具有重量大且处于悬空状态等特点，有较多惯性力会在旋转时出现，此时在同轴误差情况下，径向跳动问题可能发生。此外，芯轴断裂问题、连接端抽头也是传动机构故障的具体表现，其产生的原因可归结于传动机构偏心旋转不合理[2]。

（二）处理传统机构故障问题的策略

针对这些结构故障问题，实际改进中首先应对需解决的问题进行明确，包括传动机构受轴向力影响、机械连接次数问题、旋转接头布置问题。其次，在改进过程中，应结合机构受力、扭矩传递情况，改进卷筒传动结构，可考虑直接撤除胀缩液压缸底座，使胀缩液压缸、非接触式旋转接头直接连接主传动箱，这样对于大重量结构悬空问题可有效解决。而且这种改进方式下，由于需将法兰引入，使旋转接头、液压缸都在其中装设，这样有反作用力会在推拉缸杆中形成，其能够通过附加轴向力作用，使整个受力环境更为稳定。最后，需考虑在非接触式液压旋转接头上做好控制工作，尽管其对解决以往传动机构故障可起到明显作用，但在实际引入中应认识其接头特点与具体运行的原理，保证其作用能够充分发挥出来[3]。

三、卷筒扇形板失效问题与处理

（一）扇形板失效机理分析

扇形板的失效是影响卷筒有效运行的关键性因素。其中失效问题的产生首先表现在交变应力作用下，钳口窗可能有裂纹产生。实际胀缩时，棱锥轴会在拉杆作用下进行移动，此时其中的弹簧也将发生不同的运动变化，导致斜面效应产生，扇形板会表现为径向扩张。事实上，弹簧发生变化中，钳口拉条压应力将完全被钳口窗承受，端面压力会在涨缩中出现。一般钢卷在涨缩次数平均3次，按60万吨 年产量为标准，将会有9万次冲击作用于钳口窗，这样冲击过程中会导致卷筒有更多磨损问题出现，扇形板强度由此降低，最终造成卷筒使用周期缩短。另外，扇形板失效问题的出现极大程度上也表现在不良方面，尽管卷筒运行中，多注重采取手动干油方式，使各扇形板滑动面得以。但需注意卷筒在安装形式上为悬臂安装，在具体加油中很难有效检查情况，并做到具体量化，这样在斜面上多会出现部分位置未被的情况，长此以往因摩擦表面被粘住，导致卷筒会像实心卷筒一般，无法满足涨缩要求，更多的切向应力、径向应力都会作用于卷筒中，由此出现扇形板失效问题。

（二）处理扇形板失效问题的策略

对于扇形板失效问题，实际改进中主要可从三方面措施着手，包括：第一，做好弯曲校正工作。扇形板在受到冲击力作用时，多会出现严重的弯曲变化，严重情况下将有扭矩作用产生，此时便需采取相应的处理措施，一般可考虑采取磁粉探伤方式，对扇形板存在的裂纹以及可能出现问题的部位进行检测与得判断，在此基础上将铜衬设置于钳口窗中，并对拉条长度尺寸进行控制，这样对于解决弯曲变化问题可起到明显的作用。第二，改动卷筒局部尺寸，且引入氮化处理措施，其目的在于提升扇形板强度，保证其中构件在力学性能上较高。第三，对系统进行优化。可考虑采取深长孔改造措施，保证所有深长孔能够被串接，在此基础上统一进行供油，有利于效果的提升[4]。

结论：卷筒故障问题的处理是现行卷取机运行中需考虑的主要内容。实际处理故障问题中，应正确认识卷筒运行的原理，分析传动机构、扇形板等方面存在的故障问题，并采取相应的解决策略。事实上，除这些故障问题外，卷筒运行中也可能存在其他如连杆反向故障、棱锥轴等故障问题，都需做好控制工作，这样才可使卷取机使用效益得以提升。

参考文献：

[1]蔡岚玲. 热轧平整线卷取机卷筒故障分析与对策[J]. 冶金设备，2013，05：73-77.

[2]张宁. 热轧卷取机若干关键零部件性能分析及设计[D].燕山大学，2014.

[3]章健. 热轧卷取机卷筒扇形板失效机理及寿命研究[D].燕山大学，2011.

[4]胡芳平. 转盘式双卷筒卷取机力能参数研究及关键部件有限元分析[D].江西理工大学，2012.