2019年第 2 期2019 年 5 月BD轧机推床传动系统受力分析与改进 余富春1 樊海营2
（1.昆钢新区型材厂； 2.中冶南方工程技术公司）
摘 要本文简要介绍了热轧型钢的生产工艺流程，详细介绍了BD轧机前后推床装置的传动系统结
构，以及推床的控制要求。对推床传动减速机损坏的原因进行了受力分析与计算，到减速机损坏的
主要原因，提出了改进方案，实施效果良好。
1 前言
昆钢新区型材生产线，为西南地区第一条具有当代国际先进水平的万能轧机高性能型钢生产线，于2012年8月热负荷试车投入生产。设计年生产能力为80万吨。产品规格主要为工字钢14 a～40 c、槽钢25 a～40 c、角钢14～25#、以及H型钢HN100×50-400×200、HM150×100-300×200、HW100×100-200×200等。主要钢种为碳素结构钢、低合金结构钢、耐候钢等。
型材生产线与炼钢连铸毗邻。生产工艺流程为，连铸出坯跨的热坯由热送辊道单根运送至型材原料跨，由入炉辊道经测长、称重后送入步进梁式加热炉、部分下线冷坯经上料台架经辊道运至加热炉。坯料的加热采用步进梁式加热炉，燃料为高炉煤气，当坯料加热至规定的温度（约1 250 ℃）以后出炉，经过高压水除鳞装置清除钢坯表面的氧化铁皮。
然后，钢坯将被送往可逆式二辊开坯轧机（BD轧机），轧制出万能精轧机组所需的断面形状。跟据轧制程序表，开坯机前后推床引导钢坯进入孔型，必要时用翻钢机进行翻钢。根据钢坯规格不同，BD轧机一般轧制3至9道（最多11道）。在开坯机下游有一台飞剪用于切头、切尾、分段和碎断。切头后的轧件通过辊道送入精轧机组进行最终成型轧制，连轧机的轧制过程为自动进行，并实现微张力轧制。精轧机组为10机架连轧，其中8架为万能轧机，2架水平轧边机，其中第一架万能轧机按两辊使用，轧机机架布置为： U/H-U/H-U/H-U/H-U/H-E-U/H-U/H-E-U/H，精轧机组的主传动电机为单独传动。精轧机组最大出口速度约为5 m/s。
冷床采用步进齿条式。轧件进行长尺冷却，在入口侧由升降裙板控制轧件进入冷床，冷床出口侧采用移送链和平托小车，将轧件移入冷床输出辊道，通过矫直机进行矫直以后，型钢在成排台架收集、排钢以便成排由冷锯机组锯切成定尺，冷锯组包括一台固定锯、二台移动锯和一台定尺机。冷锯机将轧件切成6～24 m定尺。
切成定尺的的成品型钢在检查台架上检查，H或I型钢还要经过翻钢检查，然后进入堆垛台架堆垛。被剔除的型钢由辊道送入改尺台架收集。设有2台12 m（可同时或单独工作）和1台18 m自动堆垛机，堆垛机为磁盘式。输出辊道将堆垛送至打捆机。成捆钢材经称重、标牌后进入成品台架，由成品跨吊车吊运入库、发货。
BD轧机是热轧型钢生产线上的关键设备之一。主要用于将坯料轧制成工艺要求的中间坯。BD轧机区设备主要由BD可逆轧机、前后推床及翻钢机等组成，主要功能是实现在一系列孔型
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中往复轧制。推床的主要功能是推动轧件对中孔槽，以及为了轧制顺利而对弯曲的轧件进行矫直；翻钢机的主要功能是为了轧件上下面均匀延伸轧制，对轧件进行翻钢。推床的动作必须满足对齐孔型的精度和轧制节奏的要求。BD轧制过程一般为一键自动程序控制，也可以半自动或人工干预。
BD轧机入口侧推床由操作侧推板和传动侧推板组成。每侧推板由变频电机通过减速机、制动器、同步齿轮箱传动两个推杆装置驱动推板移动。推床传动装置布置如图1。
推床传动结构及工作原理如下，见图2。
图 1 推床传动装置布置图
1.推床电机
2.减速机
3.操作侧推杆
4.传动侧推杆
5.同步齿轮箱
图 2 推床传动结构及工作原理图
1.辊道电机
2.缓冲装置
3.传动侧推床
4.工作辊道
5. 操作侧推床
6.传动侧推杆
7.操作侧同步齿轮箱
8.传动侧同步齿轮箱 9.同步齿轮
现场使用现状：调试期间设定的推板矫直拍
钢速度为0.25 m/s，投产半年后，随着产量的提升，BD轧机前后两侧的推床减速机多次损坏，制约着生产的顺行。故有必要对推床的工艺动作和推床传动系统的受力状况进行分析计算，出推床减速机损坏的原因，采取相应的措施，确保设备能适应生产的要求。2 设备及工艺参数
1)传动电机型号YZP315-6，N=110 Kw，n=0-
1 000 r/min，S5，fc=40 %
2)减速机型号JRHH35H11-40-E，i=,39.581，额定输出扭矩Mn=60 KNm，服务系数2.0
3)推板矫直拍钢设计速度为0.20 m/s
4)推板移钢设计速度为max. 0.8 m/s
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5)传动系统质量，包括推杆装配、缓冲装置
及连接梁推杆车轮、操作侧推板、推板内冷却水
厨师帽
等。总质量F1=33 905 kg。
吊车轨6)同步齿轮分度圆直径D=600 mm
7)轧件最大质量 F2=8 033 kg
3 减速机力矩校核
1)移钢时减速机力矩校核
空载时驱动推床的力矩M1
M1=F1*μk=203.43 Nm，
式中，滚动摩擦系数取μk=0.06/cm
移钢需要的力矩M2
M2= F2*μ
，
式中，热钢在辊道上的滑动摩擦系数μ=0.3
正常移钢时需要的总力矩M
M=M1+M2=7 433 Nm
电机减速机输出的额定扭矩Mn=60 kNm
可见，正常移钢时减速机完全满足要求。
2)推床在矫直工作时的动态受力校核
终端准入系统
在轧制工程中，由于压下量过大、轧机导卫板高度位置不合适、或者轧件加热不均等，都会使轧件产生弯曲现象。为了使轧件能够顺利导入轧辊孔槽，就需要推床对轧件进行矫直。电气控制系统通过电机的力矩对矫直拍钢进行控制。原设计的推床矫直力为500 kN，矫直速度为0.20 m/ s。实际推床传动电机给定的力矩限幅为电机额定扭矩的70 %，矫直速度为0.25 m/s。
推床推板在矫直拍钢瞬间的冲击力Ft计算：
依据动量定理：M(v1-v2)=F t*t
式中：M—传动系统及轧件的质量，M=41 938 kg
v2—推床矫直拍钢后的速度，v2=0 m/s
v1—推床矫直拍钢前的速度，v1=0.25 m/s
t—推床矫直拍钢的作用时间，取t=0.1 s
则计算得推板在矫直拍钢瞬间受到的冲击力F t
Ft≈105 kN
炉用风机减速机受到的冲击力矩为Mt （不考虑缓冲装置及摩擦影响）
M t
实际上大部分冲击动能应该被缓冲弹簧吸收。如果轧件钢温低，拍钢的作用时间短，则拍钢冲击力会显著增大。按照原设计的矫直拍钢速度0.2 m/s，推板在矫直拍钢瞬间承受的冲击力Ft=84 kN，降低20 %。
减速机的总力矩M∑
M∑=M+ M t≈39 kNm
可见，矫直拍钢时减速机也满足要求。
现场实测的数据如下：
在启动加速时，实测力矩加载时间为0.215 s；启动加速0.48 s后，速度达到限幅值0.25 m/s，然后稳速0.08 s接触轧件；推床矫直拍钢的时间为0.1-0.175 s（程序设定电机输出扭矩过峰值后达到额定的50 %即认为矫直拍钢完成），电机的力矩达到限幅值750 Nm，在此过程中，推床反弹后退9.8 mm。
4 推板缓冲装置的校核
为了减小矫直拍钢时对传动系统的冲击力，每侧推板设置有4组缓冲缸，如图3
。
图 3 缓冲装置布置图
1.上部缓冲缸
2.下部缓冲缸
3.推床
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原缓冲缸结构如下图4、图5
。
图 4 上部缓冲缸结构图
图 5 下部缓冲缸结构图
图4图5中 1.压块 2.碟簧 3.碟簧内套 4.压板 5.隔环 6. 挡板 7.预紧螺栓
上部缓冲缸碟簧为3叠合10组，共计30个碟簧；下部缓冲缸碟簧为4叠合10组，共计40个碟簧。总的弹簧预紧力为289 kN 。不考虑摩擦，计算得4组弹簧总刚度为94 491 N/mm ）（考虑摩擦的影响，实际刚度会大-2.9倍。）
推板在矫直拍钢瞬间承受的动能E:
12=1 310Nm ＜28 530 Nm
推杆缓冲装置设计总预紧力也远大于推板在矫直拍钢瞬间受到的冲击力105 kN 。
综上，缓冲装置弹簧的预紧力偏大，弹簧缓冲能量设计偏大。
5. 改进方案及使用效果
基于以上分析计算，采用改进方案：1）矫直拍钢速度恢复为设计速度2.0 m/s ；
2）在保证减速机安装尺寸不变的前提下，适当增大减速机齿轮的模数，减速机的最大扭矩提高到88 kNm ，加大减速机抗冲击能力的裕量；
3）降低缓冲弹簧的预紧力及刚度。
根据齿轮箱承载能力及之前的冲击力计算，缓冲装置的预紧力小于矫直拍钢时产生的冲击力，才能够有效减弱钢坯对推杆的冲击、保护传动齿轮箱。依此对现有缓冲装置进行研究和优化，合理配置缓冲装置中碟簧的数量和组合方式。
将上部缓冲缸改为2片叠合、14组对合，总28片碟簧；下部缓冲缸采用2个叠合、13组对合，共16片碟簧；其刚度计算如下：
K 上
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K
下
新型增塑剂上部预压3mm时其预紧力为：71 391
25 496 N，下部预压3 mm时其预紧力为：
95 188
文字处理系统
，整个推杆缓冲装置
及刚度会大于计算值），缓冲总能量11 280 Nm。
经过改进，减速机及传动系统安全运行4年多，状况良好。
6 结论
通过对BD推床传动系统进行分析计算，确认缓冲装置设置不合理是减速机损坏的主要原因。通过降低缓冲弹簧的预紧力和弹簧刚度、增大减速机齿轮的模数、以及调整推床矫直拍钢的速度，从而解决了推床传动齿轮箱损坏的问题，满足了生产要求。该解决方案，对于类似的生产线也有一定的借鉴作用。
参考资料：
[1]机械设计手册化学工业出版社2004年1月第1版
[2]昆钢新区型钢项目设计图纸资料中冶南方设计院
（上接第12页）
热风阀使用寿命从原来的4-6年延长到8-9年。热风阀使用寿命延长，节约了大量的设备维修成本，降低工人的劳动强度，降低了高炉休风率，为高炉安全、稳定、经济生产提供了有利条件，取得了较好的经济效益及社会效益。
参考资料：
[1] 美J.L.莱昂斯编写. 阀门技术手册. 机械工业出版社. 1991-6
[2]张清双，尹玉杰，明赐东主编. 阀门手册--选型. 化学工业出版社. 2013-01-01
[3] 黄志坚编著.液压系统典型故障治理方案200例.北京：化学工业出版社. 2011.10
[4] 王益，高殿荣主编.液压工程师技术手册.北京：化学工业出版社.2010.3
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