花键柱塞连杆式卷筒在热轧1780生产线的创新应用

花键柱塞连杆式卷筒在热轧1780生产线的创新应用

刘汉洪

广西钢铁集团有限公司热轧厂   545000

摘要： 1780mm热连轧生产线属于宽带热轧生产线，由于成品厚度规格范围广，设计时均要求地下卷取机具备换挡变速功能，用于实现不同厚度规格的钢带卷取速度。传统换挡式卷取机的卷筒结构形式均采用联轴器柱塞连杆式结构，搭配换挡减速机实现卷取机不同速比换挡。联轴器连杆柱塞式卷筒存在涨缩直径检测不准，换挡故障频繁等问题，且由于传统联轴器式卷筒传动结构复杂，更换卷筒时拆装困难，费时较久。因此，柳钢防城港钢铁在1780热轧生产线上提出创新，采用花键柱塞连杆式卷筒结合新型传动换挡变速机构，在满足卷筒换挡功能需求的同时提高了卷筒直径检测精度、换挡效率，并能够实现快速更换卷筒功能。

关键词：卷取机；卷筒结构；换挡；联轴器；花键；检测精度；效率；

1.传统换挡卷取机卷筒及传动结构

目前国内热轧厂生产线的卷取机均为具有自动踏步控制（AJC）功能的3助卷辊式全液压地下卷取机，用于将精轧机组轧制完成的带钢进行卷取成钢卷，以便运输和贮存。1780mm以上宽度热轧生产线由于产品厚度范围广，不同厚度带钢卷取的速度张力不同，卷取机均设计为可换挡式，实现不同的卷取速度需求。传统换挡式卷取机的卷筒均采用联轴器柱塞连杆式结构，前端双列圆锥滚子轴承装在卷筒（操作侧）最前端，卷取状态时外支撑的支持臂抱紧该轴承的轴承套；后端两个双列圆锥滚子轴承装在卷筒空心轴（传动侧）上，并处于箱体分箱面上。传动装置由电机、联轴器及减速机等组成，减速机有两个不同减速比的减速级，由液压缸通过带连接件的连接套筒驱动，在静止时更换速比。涨缩液压缸的移动使卷筒内部产生径向力，实现卷筒的涨缩，卷筒所需的干油和涨缩液压缸所需的液压油通过安装在主传动箱输出轴尾部的液压油及干油旋转接头经主传动箱输出轴中的深孔供给卷筒干油管路和胀缩缸液压油管路。

图1：传统换挡卷取机传动结构示意图

传统结构的换挡卷取机存在如下几个问题：

（1）卷取机卷筒涨缩检测是通过超声波传感器检测安装在卷筒上的反射圆盘，换算为涨缩油缸的位移，从而计算出卷筒的直径，检测精度低，导致卷筒涨径不稳出现带钢张力不足打滑废钢风险。

（2）换挡液压缸放置于减速机内部，内部连接部位松脱或漏油等情况不便于点检发现，常产生换挡不成功故障。

（3）旋转接头安装在主传动箱输出轴尾部，通过输出轴中的深孔供油，容易出现油路堵塞等故障导致卷筒润滑不良及涨缩故障等。

（4）卷筒传动侧两个轴承均安装在空心轴上，并放置于传动箱分箱面上，更换卷筒时需拆除传动箱上箱体，拆除联轴器，利用C型钩工装从传动侧倾斜吊装，耗时长，更换卷筒时长约12小时。

2.花键柱塞连杆式卷筒的优势

目前国内部分热轧生产线由于卷取带钢的厚度规格范围波动小，卷取张力小，配置的卷取机是不带换挡变速功能的，此类型的卷取机卷筒结构常为花键柱塞连杆式，该结构形式的卷筒传动侧只安装一个轴承，另一个支撑轴承设计在主传动箱内，通过在卷筒传动侧加工花键轴及主传动箱齿轮轴内部加工花键槽的形式实现卷筒的支撑。卷筒芯轴与涨缩缸相连，涨缩缸安装位移传感器检测位移，实现精准控制，液压及干油旋转接头安装在油缸尾部，直接与油缸相连，供油稳定，且更换卷筒只需拆除油缸与卷筒芯轴连接处，从操作侧直接抽出，更换便利。

图2：：花键柱塞连杆式卷筒结构示意图

3.柳钢防城港钢铁1780mm热轧生产线卷取机的创新应用

经认真研究以上两种卷取机卷筒及传动结构优缺点，柳钢防城港钢铁基地1780mm热轧生产线在卷取机选型设计时，大胆提出结合两种卷取机的结构优缺点，将花键柱塞连杆式卷筒应用在换挡式的卷取机上，充分发挥其优势。

3.1改造总体方案

（1）卷取机由于工艺需求仍需设计具备换挡功能，卷筒结构形式采用花键柱塞连杆式，主传动箱为配套带花键孔齿轮轴的形式，卷筒芯轴与涨缩油缸通过剖分式半联结块进行相连，通过油缸位移实现卷筒直径的变化。

（2）卷筒涨缩油缸采用双出杆结构形式，尾部的活塞杆上可安装位移传感器 ，通过位移传感器检测油缸位移，实现精准控制。

（3）将卷取机主电机后移，在主电机与主传动箱之间再增加一个小型减速机来实现卷取机变速换挡功能。

（4）换挡机构仍然采用液压缸推动齿轮套于减速机内不同的齿轮进行啮合，从而实现换挡变速功能，创新油缸安装方式，将油缸移除至减速机箱体外，通过连杆机构驱动内部齿轮套动作。改善油缸工况。

（5）设计辅助工装平台，当检修更换卷筒时可放置于卷取机下方卸卷小车上，将卷筒卸到平台上后可由小车移出机架外，实现行车吊装。

图3：：新型卷取机传动结构示意图

3.2改造应用效果

柳钢防城港钢铁基地1780热连轧生产线共配备三台卷取机，在工程项目设计审查初期即提出改造方案，经设计单位核算强度均无问题，在三台卷取机的卷筒结构及传动装置选型上均做了改造，项目投产近一年时间，卷取机运行平稳，功能完善，取得了较好的应用效果，相比传统的换挡式卷取机具备以下几个优点：

（1）卷筒涨缩由油缸位移传感器检测，检测精度达到±1mm精度，控制更加精准，投产以来未发生由于卷筒涨径问题造成的打滑废钢故障。

（2）变速齿轮箱换挡平稳，液压缸改造移出到减速机外侧后更加便于日常点检维护及故障处理工作。

（3）旋转接头组合与涨缩油缸形成一个整体，液压润滑油路不易堵塞，卷筒得到比较良好的润滑，提高使用寿命。

（4）更换卷取机卷筒简单快捷，通过专用检修平台，能够实现拆解设备少，卷筒拆除安装只需水平方向插入抽出，更换时间相比传统结构节省约6小时。

4.总结

柳钢热轧厂技术人员通过分析对比两种结构的卷取机卷筒及传动装置形式，大胆提出创新改造方案，充分结合两种卷取机的功能，采用花键柱塞连杆式卷筒结合新型传动换挡机构，在满足卷筒换挡功能需求的同时提高了卷筒直径检测精度、换挡效率，并能够实现快速更换卷筒功能。取得了较好的应用实践效果。

参考文献：

［1］刘宝珩主编.轧钢机械设备.北京：冶金工业出版社，1984.

[2] 谢磊.卷取机卷筒的设计分析.机械工程与自动化.2010.

 [3] 林圣平.热轧带钢生产线卷筒故障分析与改进.冶金设备.2018