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摘  要  卷筒是热轧卷曲机上最重要的部件，结构复杂，使用环境恶略，承载力多变且负荷大。卷筒失效后对其修复难度很大。在生产操作中，热轧厂卷筒多次出现了失效情况，影响了生产的正常进行，以往失效的卷筒都是返回到制造厂家维修，维修时间长且费用高，如何更快更有效的修复失效的卷筒，尽快的使卷取机恢复生产是热轧分厂的难题，热轧分厂机修人员大胆创新，根据现场可利用的条件，快速修复了失效的卷筒，并根据卷筒的损坏情况提出了相应的优化措施，经上机使用证明效果很好。

关键词  热轧  卷筒  失效  修复  扇形板  连杆  弹簧

1  概况

卷筒是热轧卷取机上最核心、最重要的部件，其主要作用是收纳卷取热轧带钢，以便于钢带的存储和运输。由于其工况环境恶劣，要承受高温、高速、高冲击负荷，因此要求卷筒必须具有高强度、刚度，抗高温、抗冲击能力强的特点，同时要有可靠、灵活的涨缩性能。卷筒的结构复杂，加工制造精度高，使用维护难度大，对于热轧生产线，一般都设置2-3台卷取机，并备有卷筒备件。由于卷筒的使用情况造成卷筒的失效和故障率很高，通常卷筒出现故障或出现失效后，都是返回制造厂家修理，维修时间长且维修费用高。

北海诚德热轧厂1700热连轧生产线由中国某重型设备制造公司设计制造，配有两台卷取，机卷筒的设计过钢能力为100万吨，使用周期约为8个月。热连轧生产线在生产过程中出现了2台卷取机的卷筒48小时内先后失效的情况，致使生产线被迫停产。为了尽快恢复生产，热轧厂对失效卷筒进行了深入分析研究，大胆创新，在现场对卷筒进行解体维修，仅用三天时间修复了失效的卷筒，使热连轧生产线恢复了生产，经过生产使用证明效果很好。

2  热轧卷筒的结构及工作原理

热轧卷筒的主要部件为芯轴、扇形板、契形块、连杆、销轴、弹簧；尾部有涨缩缸、干油润滑用旋转接头等。

热轧卷筒采用了连杆柱塞式的结构，连杆柱塞式卷筒主要由空心轴、扇形板、芯轴、连杆、柱塞和胀缩油缸、鼓型齿联轴器、前部支承、干油润滑系统等组成。其结构在于芯轴装在卷筒空心主轴的中间，四块扇形板互为90°装在主轴的外边，并通过连杆和销轴与芯轴连接。卷筒轴体内部装有柱塞，内有耐热压缩弹簧。在使用过程中胀缩液压缸拉动芯轴，芯轴上的四棱锥面就可以推动柱塞沿空心轴的径向孔向外顶开扇形板，使卷筒胀开。卷筒的涨缩位置和涨缩量由装置卷筒尾部上的位置传感器进行检测，由电气控制来满足生产工艺要求。

3  卷筒的失效形式和故障分析

3.1  卷筒常见的失效形式

热连轧生产线生产效率高，工作负荷大，尤其是在热连轧连续满负荷生产的情况下，卷曲机的卷筒出现的失效和故障率很高，出现的失效形式也不尽相同，北海诚德钢铁厂的卷筒出现的失效主要有以下几种形式：

（1）头部支撑脱落、烧轴承；

（2）连杆、弹簧断裂；

（3）干油管堵塞；

（4）涨径不稳定；

3.2  卷筒的失效和故障分析

以下就常见的几种失效形式做简要分析。

（1）头部支撑脱落。头部支撑主要通过螺栓与空心轴连接在一起，如果螺栓的强度或者紧固程度不够，在运行时会脱落或松动，此时头部支撑会出现异响；此外头部支撑与芯轴的同轴度未达标，或者头部支撑存在过支撑的情况也会造成头部螺栓松动脱落，除此以外轴承受力不均、润滑不好也会引起头部支撑脱落或烧坏轴承的情况。

（2）连杆、弹簧断裂。连杆、弹簧断裂的主要原因在于冲击过大；或者在零部件国产化制造的过程中存在选材不合理，材料性能不达标的情况。对于生产过程中出现的涨径不稳定，板形偏差大，或者助卷辊的辊缝设置以及助卷辊油缸反馈数据不稳定时都可能造成对连杆、弹簧的过度冲击。连杆出现失效时扇形板无法正常涨缩，弹簧失效时则会加速内部滑块磨损和对加大了芯轴的负载以及造成异响等问题。

弹簧失效形式不仅仅在于断裂也体现在预紧力不足，弹簧的作用主要是卷筒涨大过程中，消除扇形板上的销轴与连杆销孔的间隙，同时在卷筒卷取带钢开始时缓解扇形板对柱塞体的冲击，使卷筒胀缩平稳，延长柱塞体和扇形板的使用寿命。

弹簧经过长时间的使用会产生疲劳失效，根据相关标准手册对弹簧失效进行受力校验分析：R=Gd4/8D3n≈366N/mm。而弹簧的负荷为：P=R×F，P在3001N至5197N或者更小，弹簧在出现疲劳失效后是不能满足使用要求的。

（3）干油管堵塞。干油管堵塞的主要原因是在高温环境下卷筒内部过热，干油碳化后堵塞管道；或者干油管线连接不正确；以及分配器不换向等。由于干油管堵塞往往发生在内部，不易检查，因此调试卷筒时必须确认干油管路正常，以及在卷取废钢时及时冷却卷筒和补充新油脂，否则将造成严重的内部磨损情况，卷筒的使用寿命将大打折扣。

（4）卷筒涨缩不稳定。卷筒涨缩不稳定的主要原因有检测板扭曲变形大，造成检测数据波动大；或者涨缩缸内部串油，压力不足。另外，还需注意液压系统的油品清洁度和伺服阀反馈是否需要调整。

4  失效卷筒的现场修复

根据现场的生产需要，经过对失效卷筒进行深入分析和研究，热轧分厂决定尝试在现场进行解体修复。由于现场条件有限，解体卷筒遇到了很大困难，其中扇形板拆卸难度很大，根据现场的实际条件，采用了很多办法，制定了相应措施，成功的将卷筒进行了解体，查明了卷筒失效的原因，对损坏的零部件进行了更换，最终修复了卷筒。

4.1  连杆的修复

根据现场损坏的情况以及厂家的指导，对连杆的材质进行调整，选用耐热不锈钢材质并经过热处理，确保连杆的强度；对连杆的腰孔做高频淬火处理，确保连杆的孔的耐磨程度。

4.2  失效弹簧的修复

根据弹簧的失效情况，在满足图纸要求尺寸的前提下，对弹簧间隙进行了优化。对弹簧的材质进行了改进，并经过了热处理，表面镀铬。

把螺栓的材质改为了高强度材料，尽量选陪同一尺寸及相同特性的弹簧，保证预紧力一致，调节好预紧力后用气保焊把螺栓与上压盖焊住，防止松动；

铜柱塞体原为铸铜，在工艺及使用寿命上难以保证，往往存在强度不足，磨损严重等问题。因此把铸铜件改为了合金钢衬铜，保证了柱塞体的强度及耐磨性。

经过上述技改，弹簧组件的使用寿命得到了很大的提升，此次解体维修的卷筒为技改后的卷筒，卷筒使用了8个月后在此次解体维修中仅发现1处弹簧断裂，相对技改前弹簧的损坏数量接近一半，可以肯定相关的技改是成功的。

5  结论

经过对失效卷筒进行分析、解体、改造，制造更换了损坏部件，改进修复了失效的弹簧组件，调整了运动部件的间隙，加固了可能出现松动固定部位，清理了润滑油孔和润滑部位，修复后进行了动作试验，运动灵活性和位置尺寸精度达到了设计图纸要求。在现有条件下，仅用3天时间，成功的修复了热轧卷筒，这在同行业尚属首次，经过上线生产使用证明，修复后的卷筒完全满足生产工艺要求，使用效果很好。

6  参考文献

[1]司马晓峰.卷取机的故障分析与技术改造

[2]周国盈.带钢卷取设备[M]. 北京：冶金工业出版社，1982

[3]王先云.热轧卷取机卷筒头部轴承异常损坏的分析与处理