谢国进
（广西科技大学机械与汽车工程学院 广西 柳州 545616）
推床是中厚板轧机的重要辅助设备，其主要的功能是使正在轧制的钢板能在锥辊辊道上对中，以保证钢板能从轧机机架中部进入轧辊，有效降低钢板两侧轧制力偏差，从而确保钢板的轧制质量［1－2］。在中厚板精轧机推床改造前，设备主要存在以下问题：1）精轧机推床以电动机为动力，带动各传动部件运动，实现电动机的旋转运动转化为推床推杆的直线运动，推动钢板在锥辊辊道面上对中，由于传动方式是机械传动，在对中过程中，钢板对设备的冲击力较大，容易导致设备损坏，造成设备故障率高。2）由于生产节奏的提升，轧机的轧制速度也相应提高，在轧制过程中，推床需要配合锥辊旋转钢坯并快速实现钢坯对中，而电动机输出的转速经过蜗轮蜗杆减速机减速后，再经过齿轮齿条的传动，使得推床推板直线运动速度提升有限，难以满足提速要求，另外速度的提升，使得电动机及齿轮齿条机构故障增多，电机制动器启动频繁，导致故障频发，增加了生产线的故障时间。3）该中厚板轧制生产线有2台2800mm轧机，第一台为粗轧机，第二台为精轧机，粗轧机为后增加的设备，安装在钢坯加热炉后，精轧机之前，为降低推床备品备件，占用库存与资金，尽量保证两台设备的备品备件一致，改造设计中也充分利用现有的一些备件，以降低改造成本。因此有必要对2800mm 精轧机推床系统进行技术改造。
2.1 改造基本思路
1）推床动力采用液压传动，由液压系统的执行元件液压缸驱动推床机械部件，液压系统可吸收推床机械部件的冲击能量，从而保护齿轮、齿条等传动部件，延长推床的使用寿命［3］。2）推床为液压油缸驱动后，原蜗轮蜗杆减速机改为齿轮齿条结构，从而实现推床的低速启动、高速运行、运动过程平稳及任意位置的高精度停位［4］。3）在减少因技改造成的备件浪费前提下，充分利用原有齿轮齿条滑块箱体、推床箱体结构、推杆及推板，降低技术改造成本。4）改造前，要考虑与周边轧机辅助设备（比如锥辊传动系统）的空间位置干涉问题，避免相互影响，导致设备无法正常安装。
2.2 推床工作原理
2800mm精轧机改造后推床布置图如图1所示，生产中钢板或者钢坯需要对中，由推床两侧推头对中完成，对中油缸4活塞杆伸出，对中油缸动力装置3的结构是齿轮齿条机构，对中油缸驱动齿条前进，齿条的直线运动转化为齿轮旋转运动，经装置两侧的传动轴将旋转运动传递到传动装置（二）12，推杆11正下方是齿条结构，与传动装置（二）中的传动齿轮配合，将齿轮的旋转运动转化为推杆的前进直线运行，同时，传动装置（二）12的正下方齿轮与一齿条配合，该齿条通过同步轴10与传动装置（一）7正下方的齿条连接在一起，带动传动装置（一）中齿轮旋转，上方的齿轮与推杆齿条配合，推动推杆及推头9前进，辊道两侧推杆同时向轧制中心线移动，从而实现两侧推头9对钢板或者钢坯的对中，压辊装置8主要对推杆起到支撑作用。对中工作完成后，返回油缸1的活塞杆由伸出变为收回动作，驱动返回油缸动力装置2工作，返回油缸动力装置也是齿轮齿条机构，工作原理同理推床对中的工作原理，使得辊道两侧的推杆及推头能及时收回，为下次钢板或者钢坯对中做好准备。
图1 2800mm精轧机改造后推床布置示意图
2.3 推床液压系统主要参数计算
精轧机后推床，其技术参数要求如下：
工作最大开口度 3700mm；
工作最小开口度 700mm；
推床最大推力 50kN；
前进速度（对中） 0.3m／s；
后退速度（返回） 0.6m／s；
对中油缸 Φ140mm／100mm－1240mm；
返回油缸 Φ80mm／56mm－790mm。
推床动力传递简图如图2所示，各齿轮参数在图中已标出，依据推床技术指标要求，设计油缸液压系统原理图，确定液压系统的两个重要参数：系统压力、流量。
图2 推床动力传递简图
推床动力传递简图中，已标出齿轮齿数、模数等参数，可知推头、对中油缸及返回油缸受力大小之间的转换关系式：
式中：Fq─对中油缸负载；
Ft─推床单侧推头推力；
Fh─返回油缸负载。
同理，可知推头、对中油缸及返回油缸速度大小之间的转换关系式：
式中：vq─对中油缸速度；
vt─推床单侧推头速度；
vh─返回油缸速度。
工作油缸压力：
式中：P─油缸压力；
F─油缸负载；
S─作用油缸有效面积。工作油缸所需流量：
式中：Q─油缸所需流量；
v─油缸活塞运动速度。
推床对中时，仅对对中油缸施加载荷，返回油缸无压力；
推床返回时，仅返回油缸施加载荷，对中油缸无压力，以此计算液压系统最大工作压力。另外，在负载为零的情况下，若刚好能让推床推杆启动对中动作，需要克服设备本身部件机械及摩擦阻力，对中油缸压力大小在1.8MPa左右，依据推床技术参数及式（1）－（4）可以计算出系统最大工作压力，对中油缸及返回油缸的速度及流量，见表1所示。
表1 对中油缸及返回油缸的速度及流量
上述计算结果表明，油缸在对中或者返回时，对应的系统流量变化不大，不会造成系统流量较大波动，油缸活塞杆伸出较收回速度慢，是由于油缸无杆腔与有杆腔有效作用面积大小不一样，保证了油缸返回速度是对中速度大小的2倍，另外压力油口P，回油口T，泄油口L在图3中已标出。电磁换向阀5的电磁铁BDT2得电、电磁换向阀8的电磁铁DT3得电，对中油缸、返回油缸活塞杆伸出，推床推杆对中动作；
同理，电磁换向阀5的电磁铁BDT1得电、电磁换向阀8的电磁铁DT4得电，对中油缸、返回油缸活塞杆收回，推床推杆返回动作；
电磁换向阀电磁铁都不得电，则油缸都不动作。
图3 推床对中、返回油缸液压原理及换向阀动作表图
2.4 改造实施
由于改造后的推床与原有推床结构及工作原理方面有差异，造成现场设备安装情况有一定区别，在推床设计及现场安装施工时需要注意：1）由于设备安装场现场地面下方是油站，靠近锥辊辊道架部分混凝土层有漏空，需要重新铺设4块2000mm×4000mm×50mm的钢板，采用地脚螺杆固定钢板，作为设备安装基础。2）设备的标高及混凝土基础不一样，需要重新设计及施工土建基础，如对中油缸、返回油缸采用混凝土基础；
另外，由于设备标高的差异，需要设计设备钢板底座以便安装，如图1中传动装置（一）、传动装置（二）及压辊装置的钢板底座。3）压辊装置、推杆、推头及同步轴与改造后推床相对应的零部件参数一致，可以再次利用，降低改造成本。4）依据对中油缸及返回油缸前面部分计算结果，设计液压站及布局液压管路，满足系统压力及流量的要求，使推床推杆动作能达到推力及速度要求。在充分考虑了这些因素后，对现场安装的设备零件及装配图进行了设计，设备采购回厂后，进行了检验验收、试车等工作，利用生产线设备停产大修时间，组织施工人员对原有推床设备进行了拆除，重新制作设备基础，安装设备底座，浇灌混凝土基础，按照图纸设计要求，对改造后的推床系统进行了安装、调试及试车。经过一段时间的生产实际运行，改造后的推床系统能满足企业生产要求。
本文通过分析2800mm中厚板精轧机推床存在的问题，如钢板对推床设备的冲击力大、对中速度提升有限及设备故障率高等问题，采用了以液压驱动结合机械传动的新型推床系统，并依据生产现场设备安装实际情况，对推床系统进行了设计改造，经过一段时间的生产实际运行，设备运行可靠，故障时间明显减少，提高了生产效率，为企业创造了一定的经济效益。
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