关于冷矫直机支承辊与弯辊系统漏油分析                            

关于冷矫直机支承辊与弯辊系统漏油分析

陈龙

湛江钢铁厚板厂设备室

摘要：湛江钢铁厚板厂冷矫直机能矫正的钢板抗屈服强度最高能达到1400MPa,但在矫直Q690钢种时经常出现支承辊与弯辊系统漏油现象，本文从钢种屈服强度、操作方法、管路冲击力三个方面进行分析总结。

关键词：冷矫直机；Q690；液压冲击

Analysis on oil leakage of backup roll and bending roll system of cold plate leveler

Chen Long

(Equipment room of Zhanjiang iron and steel heavy plate plant)

Absrtact: cold plate leveller of Zhanjiang Iron and Steel Heavy Plate Plant can correct the highest yield strength of steel plate up to 1 400 MPA, but when straightening Q690 steel, oil leakage often occurs in back-up roll and bending roll system. In this paper, steel yield strength, operation method and pipe impact force are analyzed and summarized.

Key words: cold plate leveller; Q690; hydraulic impact

0前言

宝钢湛江钢铁厚板厂选用的德国SMS DEMAG公司生产的HPL(High Performance Leveler)矫直机，安装在精整区域专门负责矫直板形不达标的钢板并送入成品库。这台冷矫直机能矫正的钢板抗屈服强度最高能达到1400MPa，针对Q690钢种的矫直应该毫无压力，但是现场矫直Q690钢种的时候却出现了一系列的问题对矫直机造成了一定的影响。本文对Q690钢种的矫直方法及其对矫直机造成的影响做出简要分析。

1冷矫直机的主要结构及矫直Q690钢种中出现的问题

1.1冷矫直机的主要机械结构简介

冷矫直机是由机架、弯辊框架（弯辊补偿系统）、斜楔框架（斜楔单辊调整系统）、矫直辊系组成。冷矫直机机架包含两个牌坊、上间隔大梁和下横梁。两个平衡缸和四个主液压缸（带有AGC功能）固定在上间隔大梁上和提升梁之间，平衡缸可以带动整个上框架的快速升降，四个主缸可以在平衡缸将上框架移动到位后继续拉动上辊系缓慢上升、下降350mm的行程。上弯辊缸框架与上斜楔紧密连接在一起与上提升梁固定在一起。

矫直辊系分为上辊系和下辊系，上辊系由64个上支撑辊和4根上工作辊组成，下辊系由80个下支撑辊和5根上工作辊组成。上辊系在四个液压缸的作用下与上斜楔底面紧贴。避免了由于上辊系自身的重力原因导致在工作中出现间隙。下辊系直接安放在下横梁上。

图1 冷矫直机结构

1、平衡系统 2、弯辊系统 3、万向轴夹紧装置 4、调整器 5、上压力机架 6、上辊盒 7、下辊盒 8、换辊架

1.2在矫直Q690钢种中出现的问题简介

厚板厂到目前为止一共生产了三批次的Q690钢种，在每次冷矫直机矫直此钢种时主要出现如下两种故障：

1.2.1支撑辊轴承座漏润滑油脂故障

冷矫直机的支撑辊是轴承外加轴承座形式的自润滑支撑辊如图2，轴承内部被注入干油润滑脂，轴承两侧面通过把端盖压入将干油润滑脂密闭在轴承内部，起到自润滑的作用，日常检修时不需要添加润滑脂。在矫直Q690钢种的时候总会出现支撑辊轴承漏润滑油脂的现象。在将冷矫直机辊系送出解体修复时发现是支撑辊轴承两侧的端盖出现缝隙如图3，在支撑辊运转的过程中内部的润滑油脂会沿着端盖的缝隙流出。上支撑辊紧贴矫直辊，流出的润滑油脂会被矫直辊压入到钢板上严重影响钢板表面质量，造成冷矫直机无法继续生产。冷矫直机辊系一共修复了三次每次解体都会发现部分支撑辊轴承两侧端盖突出形成缝隙，并且突出部分的端盖会将轴承与轴承座紧密配合的支撑辊卡死，更为甚者会导致矫直辊辊面磨损。这三次修复辊系一共更换了59个支撑辊，造成损失颇为严重。

图2 支撑辊轴承

1、支撑辊 2、端盖 3、锥形油嘴 4、支撑轴 5、轴承座

图3 端盖突出的支撑辊 图4 正常的支撑辊

1.2.2弯辊缸框架内部漏液压油故障

冷矫直机的弯辊框架内有8个弯辊缸分为四组，通过液压控制弯辊缸动作可以将矫直辊轻微正向、反向弯曲，对边浪钢板的矫直有很重要的作用。在生产的过程中，弯辊系统液压管路密封磨损导致漏油的现象达到两个月一次。由于弯辊缸框架在机体内部每次检修时都需要将整个辊系从机体内部抽出，离线检查漏油点，耗费时间较长，工作量较大。弯辊系统液压管路密封与弯辊缸位移传感器密封的频频磨损漏油现象对冷矫直机的正常生产带来了巨大的困扰。

图5 弯辊缸框架内部

图6 弯辊缸 图7弯辊缸位移传感器与破损密封

2支承辊与弯辊系统漏油分析

支承辊漏油和弯辊系统漏油初步分析是由于矫直过程中受力出现异常。这台冷矫直机有着完善的控制系统，在钢板矫直之前L2系统就已经将钢板的数据读取并针对钢板的参数将矫直机的设定参数（包含主缸位置、单辊位置、辊系整体倾斜度、弯辊量、压下力、矫直力等参数）计算出来下发给L1系统，矫直钢板时L1系统将按照L2下发的参数执行动作，矫直机将所有的设定全部执行到位，然后开始矫直。在模型设定好之后操作人员还可以通过HMI画面手动干预调整辊缝、弯辊量和单辊量以达到更好的矫板效果。现针对矫直过程中矫直机参数的问题进行三方面分析。

2.1 Q690钢种参数分析

厚板厂分别在三月份、九月份、十月份轧制了Q690CDF钢种。经过对轧制钢板进行剪切试样将试样送往检化验中心进行数据检测。每批次取样49个数据进行分析如表一。由数据分析看来，Q690钢种的屈服强度主要集中在在800MPa到1000MPa之间，屈服强度差值跨度达到200MPa。在矫直Q690钢种之前L2下发的矫直模型中钢板屈服强度这一参数值允许在正负30MPa之间波动,而Q690钢种屈服强度跨度达到200MPa。模型选择的屈服强度参数无法满足现场需要矫直的钢种参数导致计算出来的矫直力无法将钢板矫直。

表1 三批次抽样Q690钢种屈服强度

2.2操作方法分析

由于Q690钢种的屈服强度参数设置有缺陷导致模型通过计算得到的设置参数也出现纰漏，矫直钢板效果不佳，操作人员通过HMI画面进行手动干预调整设定参数。操作人员在HMI画面上加大“OVS”参数的值来加大辊系的整体压下力，由于压下力的加大支承辊所受压力也加大。在钢板正矫过程中三号矫直辊受力最大，在返矫过程中七号矫直辊受力最大，加大辊系整体压下力后这两根矫直辊所对应的支承辊受力最大。操作人员调节“Strategy”来改变矫板变形的力度，调节单辊和整体辊缝来增大矫直力以达到将钢板矫直的目的。矫直力增大之后调整的单辊对应的支撑辊的受力也随着增加。通过辊系解体修复发现支承辊端盖突出的支承辊大多分布在三号辊和七号辊位置，其他部位均有不同程度的损伤。目前已选取正常和非正常支撑辊已送回生产厂家进行检测，等待检测结果出来做出进一步判断。

2.3管路冲击分析

钢板矫直之前L2系统下发弯辊量给L1系统，L1系统按照下发的量调整弯辊系统让弯辊缸到达设定位置。弯辊缸紧紧贴着上平台，主缸的通过上平台对上辊系向下加压。当弯辊缸活塞杆按照设定参数伸出时必须承受主缸的压下力。矫直钢板前手动干预调整辊系的压下量并调整辊缝位置使弯辊缸所承受的压力增大。在钢板咬合的一瞬间矫直力瞬间增大，弯辊缸活塞杆承受的压力也瞬间增大，增大的压力通过液压管路向各个方向管接头传递，冲击管接头密封，管接头的密封为橡胶材质在长时间的高压冲击下很容易磨损导致液压油泄露影响矫直机的正常使用。

图8 弯辊缸压力PDA

通过查询弯辊缸压力PDA值发现在手动干预调整模型参数之后矫直钢板时弯辊缸的压力变化波动较大，最高达到8000KN。

在钢板咬合过程在弯辊缸管路里的液压油被不断压缩由动能转化为弹性势能[1]。由能量守恒定律得：

=（1）

式中:M——油液质量，

A——油管的截面积

——油液密度

K——油液的体积模量

——油液动能引起的压力增量

由此可得：

式中——冲击在油管中的传播速度

辊系升降突然停止传递给油液的作用力引起的动能增量

由动量定律得：

（2）

式中：——弯辊缸活塞杆有效面积

——制动时间

——活塞及运动部件质量和

——制动时间内速度变化量

由此得到 （3）

管路中液压冲击力峰值压力

[2] （4）

式中：——系统稳定时压力

带入数据计算得

（5）

式中P为系统压力290bar

通过计算得到在弯辊缸瞬间压力最大时管路得冲击压力大于系统压力,长时间的瞬间冲击使得管接头得密封磨损较严重以至于经常导致漏油现象发生。

3结论

通过对冷矫直机的结构分析、钢种屈服强度分析、操作分析以及对矫直钢板时弯辊缸管路冲击力的分析，可以得出在模型选择时输入的参数不准确会导致矫直钢板效果不佳，为达到矫直效果进行过量手动干预则会造成弯辊缸管路受到较大液压冲击，长时间的冲击导致管路密封磨损造成液压油泄露影响矫直机的正常使用。手动干预矫直机的参数虽然可以达到将钢板矫平的效果，但干预参数不确定性带来的影响远远大于其带来的矫直效果，优化模型参数才是提高矫直效果的最佳途径。

参考文献：

[1]南京工学院等7所工科院校编，物理学（下册），北京：高等教育出版社

[2]门书春，液压冲击压力峰值计算方法得探讨[J],四川建材学院学报,1992,7(4):17-18

作者简介：陈龙（1992-），男，本科 湛江钢铁厚板厂设备室。