板坯出钢机的设计改进

摘要 通过对板坯出钢机本体的故障分析，针对设备原设计普遍存在的问题，提出新的设计思路，通过实施并应用取得了极好的使用效果。
关键词 板坯出钢机 加热炉 剪力 重心 受力 改进

1、前言
安钢2800mm中板出钢机位于加热炉出炉侧，用于将加热到出炉温度的热钢坯从炉内托出并平稳地放在出炉辊道上。该设备由导向座、出钢杆、活动架、升降机构、压轮装置、支承装置、升降机构传动装置、横移传动装置等机构组成，其系统的运行正常与否和出钢能力的大小直接关系到四辊轧机的正常轧钢。但是自投入生产以来，该设备故障频繁，经实际验证，其托坯能力≤5吨，无法满足大坯料的轧制要求，为此对该设备进行了改造。

2、存在的问题及原因
出钢机频繁出现故障，主要有以下五个方面的原因
（1）出钢机头重脚轻，出钢杆压轮始终处于受压状态，出钢时，压轮上承受了远大于设计极限的正压力，造成压轮轴承损坏严重。此外，压轮与传动链之间有一受力臂，此受力臂是钢板焊接式箱型结构，且其腹宽较小，长时间承受较大的正压力，造成出钢机受力臂后部产生塑性变形，最终导致链条打滑。
（2）出钢杆通过走轮压在工作台上，出钢杆重心偏高，承受负荷时，出钢杆与所托重物一体，则重心继续上移，造成出钢杆行走过程中失稳，严重影响其定位精度。
（3）出钢杆头部为焊接式箱型结构，在使用中出钢杆与钢坯直接接触，在高温作用下，箱型出钢杆焊缝受热产生应力，最终导致焊缝开裂而引发出钢杆变形，严重时造成出钢杆托钢位置不正，出现钢坯掉道现象。
（4）出钢杆在承受负荷时，产生较大的弹性变形，原设计额定负荷为7.36吨。可实际使用时在托起3.5吨坯料时，出钢杆弹性变形为：“︵”形，进而引起机体晃动，链条顶链轮。坯料达到5吨时，出钢杆则无法将钢坯托离滑道，不能完成出钢动作。
（5）出钢杆升降装置采用偏心轮装置，电机减速机直接带动偏心轮转动完成升降动作，偏心量70mm。当出钢杆升起时，偏心轮的锁定完全依靠电机的抱闸，而抱闸的抱紧力矩随着出钢机的负载变化而变化，升降可靠性低。

3、结构的改进措施
通过对问题的分析，提出改进措施
（1）针对原出钢机链条打滑现象，我们大胆采用齿轮齿条式结构，保证了传动精度的可靠，设计采用模数为12的齿轮齿条，在齿轮直径为φ500的情况下，最大可产生推力6吨，按照出钢坯料8.5吨的情况下，受力最大时（出钢杆头部伸入炉内）如图：

由计算知：N1＝8500×6805/4645＝12452kgf
N2＝12452×（4645＋6805）/6805＝20951kgf
根据摩擦力原理可知，在A点产生推力为T＝F(N1＋N2)＝33403kgf
由结果可知，实际推力比齿轮齿条所产生的最小推力小，安全系数近似为1.8。
（2）针对出钢杆变形失稳的情况，将出钢杆设计为整体铸钢结构由图可知A、B点所受弯矩最大，且A点较单薄，所以对A点进行校核。
对于A点矩形梁，宽度b＝160mm，高度＝537mm。根据弯曲虎克定律得：
Emax＝3Q/2bh＝144.93mN/m2≤(τ)＝18.9mN/m2
其中Q为截面得剪力Q＝124520N
同时，加快了出钢杆的行走速度，使出钢杆头部在加热炉内的时间比原来减少10秒钟，减少了出钢杆头部因受热而变形的可能。
（3）为了保证齿轮齿条的充分啮合，将出钢杆头部压轮置于齿轮上方，同时，将压轮位置确定在出钢杆自由状态的中部，有效地减少了压轮使用过程中承受的正压力，同时，改善了出钢杆的局部受力情况。
（4）针对出钢升降机的构可靠性低的情况，我们采用四连杆曲柄摇杆机构，由电机减速机带动曲柄四连杆装置，在由连杆带动摇杆托轮，托轮直接支承在出钢杆下部，从而增加了出钢杆受力的稳定性。同时，将托轮设计为滚动轴承形式，以减少出钢杆行走时的摩擦阻力。此升降机构可以通过摇杆角度的变化得到不同的起升速度。同时，适当地增加摇杆的回转半径，可以减小对电机启动力矩的要求。此机构依靠四连杆本身的自锁性，加上电机抱闸的抱紧力矩，有效地解决了升降的可靠性。

4、改进后的效果
自从对出钢机改进以来，适应了大坯料生产的要求，加快了生产的节奏，保证了高附加值钢板的轧制。同时，使用至今未出现一起事故，减轻了维修劳动强度，提高了作业率。