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[摘 要]介绍了中厚板十一辊矫直机的特点，对该设备的存在的问题与缺点进行了分析并提出了相应的结构优化，改进矫直机设备，缓解制约生产瓶颈，不仅提高了钢板质量，降低了吨钢消耗，在实施设备结构优化，进行节能创效方面，还取得了良好的经济效益。
[关键词]矫直机 支承辊 交错布置 结构优化 改进措施
中图分类号：TG333.24 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）03-0068-01
1 前言
安阳钢铁集团第二轧钢厂十一辊矫直机投用以来，主要对中厚板材的表面质量和材料性能进行处理，近年来随着该厂产量的逐年提高，品种和规格的不断扩大，矫直机支承辊轴承的工作环境越来越差，温度高、负荷大，必然造成支承辊轴承失效，最终导致频繁更换矫直机辊系。
2 改前状况
矫直机设备位于四辊精轧机之后，矫直钢板温度达到600℃～950℃，矫直前必须对工作辊、支承辊、钢板表面进行降温和润滑，现场环境恶劣，温度高、湿度大。原十一辊矫直机下支承辊采用的是25根外径为？280mm、内径为？210mm、宽为340mm的辊套，辊套两端采用调心滚子轴承53620，两端仅有油封用来挡水（见图1），在生产过程中支承辊不可避免地会接触到冷却水，当工作辊粘附的氧化铁皮夹进两辊之间时，就会导致油封受力挤压而破坏，冷却水很容易進入支承辊内部，轴承也会因进水很快失效，每5根支承辊装在1个箱体，5个箱体交错装配，采用单辊润滑，在使用过程中，由于装配结构比较紧凑，油管容易受周围设备挤压而损坏，加油点相对比较多，容易漏点。各个支承辊的位置不同，所受的载荷也不同，对润滑油的需求量也不同，很难做到按需分配。交错布局的稳定性相对较差，对支承辊的轴承冲击比较大。诸多因素会导致支承辊得不到良好润滑，容易导致局部支承辊损坏，更换难度比较大 。
3 存在问题及分析
随着品种板及小规格板的比例攀升，矫直机已经成为制约生产发展的一个瓶颈，不仅影响生产节奏，而且与产品质量直接相关，据统计，2012年全年共计更换矫直机辊系达20余套次，严重影响生产及产品质量，因此如何对矫直机相关设备改进，细化矫直工艺，提高矫直机辊系寿命，消除矫直机对产品质量的影响因素等已经成为亟待解决关键问题。为满足高强度钢板的低温矫直以及用户对产品的高平直度要求，一方面需保证矫直机有宽的矫直范围，另一方面.要求矫后钢板的平直度良好且残余内应力最小，对矫直机的性能提出了更高的要求。
经分析，支承辊结构存在的问题有：
1）支承辊为空心轴套、故障率高，经常出现轴承破碎现象；
2）由于支承辊和工作辊采取交错排列，所以装配精度无法掌握，工作时支承辊接触率不稳定；
3）支撑辊轴承座刚度较差，影响矫直能力的有效发挥；
4）工作辊轴承无有效防水措施，导致轴承使用寿命缩短。
针对以上问题，必须对矫直机下辊系的支承辊结构优化，使其承载能力增加，使用寿命延长。
4 结构优化方案及实施
4.1 结构优化方案介绍
在不改变原有换辊车体结构尺寸的前提下，根据实际空间尺寸布置支承辊辊系。结合现强力矫直机设计理念，对矫直机支承辊辊架架体实施修复改进，将原来上支承辊辊架与牌坊接触的4个侧面各增加了1块滑板，支承辊由原来的25根空心辊套，改为20根实心短辊结构，适当增加了辊子长度及直径，轴承座由原来单独使用改为5个轴承座合为一体成套使用，将调心滚子轴承53620改为轴承22322ES，在轴承座内侧加装挡水环，将原有支承辊交错布置方式改为对顶式布置，润滑点改为局部集中润滑。这既保证了支承辊的在工作过程中的稳定性，又有效的解决了润滑的按需分配，同时也减少了设备故障，使生产畅通无阻，延长矫直机辊系在线使用周期，保证了钢板的矫直质量。
4.2 支承辊结构的结构优化
支承辊由原来的空心辊套，改为实心短辊结构，两端采用调心滚子轴承支撑（见图2），每5个支承辊为一组，每组一个连体轴承座。
相对于空心辊套，实心短辊结构具有承载力强、抗弯曲变形强、辊身刚性好等优点。改进之前支承辊结构形式为轴承内圈固定支撑，轴承外圈随辊套旋转。改进后为轴承外圈固定支撑，轴承内圈随支承辊轴颈旋转。在矫直速度不变的情况下，改前轴承外圈的线速度要大于改后轴承内圈的线速度。由于轴承内外圈均为过盈配合，对于改前的情况，当轴承线速度越大时，轴承内外圈发热膨胀，导致滚动体内部间隙减小，滚动体受挤压容易破裂。以往更换下来的支承辊，打开检查后发现都是轴承破裂造成支承辊卡死。所以改进后的支承辊轴承能够具有更长的使用寿命。
4.3 布置形式的结构优化
结构优化前工作辊与支承辊采用两两交叉布置，5个支承辊一组，每组之间相互独立，轴承座与换辊车体之间具有游动间隙，换辊车体与机架之间也有间隙，同一根工作辊的5根支承辊存在窜动的可能，造成相对位移。当钢板由机前向机后送时，工作辊受力，向一侧挤压，由于间隙的存在，造成只有两根支承辊与其接触，另外三根则空载，不能保证5根支承辊同时起到作用。
结构优化后工作辊与支承辊对顶式布置，每根工作辊由4个支承辊支撑，提高辊系承载能力。由于采用整体辊盒，每组支承辊均固定在同一块底座上，每组支承辊之间不会发生相对位移，即使在工作辊的作用下，产生位移，也是整体移动，所以能够时刻保证4根支承辊同时与工作辊接触。
5 实施效果及效益
5.1 结构优化的效果
2013年全年更换矫直机辊系8次，2012年全年更换矫直机辊系21次，使矫直机辊系的使用寿命提升了2.5倍。瓢曲缺陷板同2012年相比降低0.065%。支承辊短辊结构提高了支撑辊轴承径向负载能力，极大降低了辊系事故率，同时由于冷却效果改善，可以有效减少支承辊与工作辊辊面的粘浮，提升钢板表面质量，减少钢板压痕质量事故。由于支承辊径向负载能力增加，在现有传动基础上，可最大程度地发挥矫直能力，为研发高强度钢板创造条件。下辊系改造后，原下辊系支承辊可继续在上辊系使用，提高备件的重复利用度，有效减少浪费。
5.2 经济效益分析
机构优化后不但使矫直机辊系的使用寿命有了很大程度的提高，设备故障率同去年上半年相比减少了很多，矫直机下支承辊完成投入后，其使用效果明显，设备作业率大大为提高，提高了矫直机的整体矫直能力，热轧区双机架的产能得到释放，提高矫直机的矫直速度，同时也避免了以往由于矫直机支承辊故障而产生的钢板瓢曲质量异议。对于提升产品形象，抢占钢材市场，从而较好的产生经济效益，有着重要的意义，由此带来的潜在经济效益更为可观。
6 结语
通过对中厚板矫直机支承辊结构优化，使支承辊自身装配精度得到提高；支承辊可快速拆装，下线后检修维护方便；辊盒整体结构具有较高的刚度；短辊结构具有足够的强度，能较好地发挥矫直能力；安装基面具有较好的防锈措施，可保证辊系使用精度；支承辊可单组拆卸更换。
参考文献
[1] 成大先，机械设计手册，北京：化学工业出版社.1999.
[2] 濮良贵，纪明刚，北京：机械设计，高等教育出版社.2001.
[关键词]矫直机 支承辊 交错布置 结构优化 改进措施
中图分类号：TG333.24 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）03-0068-01
1 前言
安阳钢铁集团第二轧钢厂十一辊矫直机投用以来，主要对中厚板材的表面质量和材料性能进行处理，近年来随着该厂产量的逐年提高，品种和规格的不断扩大，矫直机支承辊轴承的工作环境越来越差，温度高、负荷大，必然造成支承辊轴承失效，最终导致频繁更换矫直机辊系。
2 改前状况
矫直机设备位于四辊精轧机之后，矫直钢板温度达到600℃～950℃，矫直前必须对工作辊、支承辊、钢板表面进行降温和润滑，现场环境恶劣，温度高、湿度大。原十一辊矫直机下支承辊采用的是25根外径为？280mm、内径为？210mm、宽为340mm的辊套，辊套两端采用调心滚子轴承53620，两端仅有油封用来挡水（见图1），在生产过程中支承辊不可避免地会接触到冷却水，当工作辊粘附的氧化铁皮夹进两辊之间时，就会导致油封受力挤压而破坏，冷却水很容易進入支承辊内部，轴承也会因进水很快失效，每5根支承辊装在1个箱体，5个箱体交错装配，采用单辊润滑，在使用过程中，由于装配结构比较紧凑，油管容易受周围设备挤压而损坏，加油点相对比较多，容易漏点。各个支承辊的位置不同，所受的载荷也不同，对润滑油的需求量也不同，很难做到按需分配。交错布局的稳定性相对较差，对支承辊的轴承冲击比较大。诸多因素会导致支承辊得不到良好润滑，容易导致局部支承辊损坏，更换难度比较大 。
3 存在问题及分析
随着品种板及小规格板的比例攀升，矫直机已经成为制约生产发展的一个瓶颈，不仅影响生产节奏，而且与产品质量直接相关，据统计，2012年全年共计更换矫直机辊系达20余套次，严重影响生产及产品质量，因此如何对矫直机相关设备改进，细化矫直工艺，提高矫直机辊系寿命，消除矫直机对产品质量的影响因素等已经成为亟待解决关键问题。为满足高强度钢板的低温矫直以及用户对产品的高平直度要求，一方面需保证矫直机有宽的矫直范围，另一方面.要求矫后钢板的平直度良好且残余内应力最小，对矫直机的性能提出了更高的要求。
经分析，支承辊结构存在的问题有：
1）支承辊为空心轴套、故障率高，经常出现轴承破碎现象；
2）由于支承辊和工作辊采取交错排列，所以装配精度无法掌握，工作时支承辊接触率不稳定；
3）支撑辊轴承座刚度较差，影响矫直能力的有效发挥；
4）工作辊轴承无有效防水措施，导致轴承使用寿命缩短。
针对以上问题，必须对矫直机下辊系的支承辊结构优化，使其承载能力增加，使用寿命延长。
4 结构优化方案及实施
4.1 结构优化方案介绍
在不改变原有换辊车体结构尺寸的前提下，根据实际空间尺寸布置支承辊辊系。结合现强力矫直机设计理念，对矫直机支承辊辊架架体实施修复改进，将原来上支承辊辊架与牌坊接触的4个侧面各增加了1块滑板，支承辊由原来的25根空心辊套，改为20根实心短辊结构，适当增加了辊子长度及直径，轴承座由原来单独使用改为5个轴承座合为一体成套使用，将调心滚子轴承53620改为轴承22322ES，在轴承座内侧加装挡水环，将原有支承辊交错布置方式改为对顶式布置，润滑点改为局部集中润滑。这既保证了支承辊的在工作过程中的稳定性，又有效的解决了润滑的按需分配，同时也减少了设备故障，使生产畅通无阻，延长矫直机辊系在线使用周期，保证了钢板的矫直质量。
4.2 支承辊结构的结构优化
支承辊由原来的空心辊套，改为实心短辊结构，两端采用调心滚子轴承支撑（见图2），每5个支承辊为一组，每组一个连体轴承座。
相对于空心辊套，实心短辊结构具有承载力强、抗弯曲变形强、辊身刚性好等优点。改进之前支承辊结构形式为轴承内圈固定支撑，轴承外圈随辊套旋转。改进后为轴承外圈固定支撑，轴承内圈随支承辊轴颈旋转。在矫直速度不变的情况下，改前轴承外圈的线速度要大于改后轴承内圈的线速度。由于轴承内外圈均为过盈配合，对于改前的情况，当轴承线速度越大时，轴承内外圈发热膨胀，导致滚动体内部间隙减小，滚动体受挤压容易破裂。以往更换下来的支承辊，打开检查后发现都是轴承破裂造成支承辊卡死。所以改进后的支承辊轴承能够具有更长的使用寿命。
4.3 布置形式的结构优化
结构优化前工作辊与支承辊采用两两交叉布置，5个支承辊一组，每组之间相互独立，轴承座与换辊车体之间具有游动间隙，换辊车体与机架之间也有间隙，同一根工作辊的5根支承辊存在窜动的可能，造成相对位移。当钢板由机前向机后送时，工作辊受力，向一侧挤压，由于间隙的存在，造成只有两根支承辊与其接触，另外三根则空载，不能保证5根支承辊同时起到作用。
结构优化后工作辊与支承辊对顶式布置，每根工作辊由4个支承辊支撑，提高辊系承载能力。由于采用整体辊盒，每组支承辊均固定在同一块底座上，每组支承辊之间不会发生相对位移，即使在工作辊的作用下，产生位移，也是整体移动，所以能够时刻保证4根支承辊同时与工作辊接触。
5 实施效果及效益
5.1 结构优化的效果
2013年全年更换矫直机辊系8次，2012年全年更换矫直机辊系21次，使矫直机辊系的使用寿命提升了2.5倍。瓢曲缺陷板同2012年相比降低0.065%。支承辊短辊结构提高了支撑辊轴承径向负载能力，极大降低了辊系事故率，同时由于冷却效果改善，可以有效减少支承辊与工作辊辊面的粘浮，提升钢板表面质量，减少钢板压痕质量事故。由于支承辊径向负载能力增加，在现有传动基础上，可最大程度地发挥矫直能力，为研发高强度钢板创造条件。下辊系改造后，原下辊系支承辊可继续在上辊系使用，提高备件的重复利用度，有效减少浪费。
5.2 经济效益分析
机构优化后不但使矫直机辊系的使用寿命有了很大程度的提高，设备故障率同去年上半年相比减少了很多，矫直机下支承辊完成投入后，其使用效果明显，设备作业率大大为提高，提高了矫直机的整体矫直能力，热轧区双机架的产能得到释放，提高矫直机的矫直速度，同时也避免了以往由于矫直机支承辊故障而产生的钢板瓢曲质量异议。对于提升产品形象，抢占钢材市场，从而较好的产生经济效益，有着重要的意义，由此带来的潜在经济效益更为可观。
6 结语
通过对中厚板矫直机支承辊结构优化，使支承辊自身装配精度得到提高；支承辊可快速拆装，下线后检修维护方便；辊盒整体结构具有较高的刚度；短辊结构具有足够的强度，能较好地发挥矫直能力；安装基面具有较好的防锈措施，可保证辊系使用精度；支承辊可单组拆卸更换。
参考文献
[1] 成大先，机械设计手册，北京：化学工业出版社.1999.
[2] 濮良贵，纪明刚，北京：机械设计，高等教育出版社.2001.