曾伟龙 方剑 杨家业 郭志杰
广西柳州钢铁集团有限公司冷轧板带厂 广西柳州 545002
摘要：本文通过对开卷机拉杆材质、加工工艺、安装精度及受力情况进行分析，了解拉杆断裂原因并提出相关的改进措施。
关键词：开卷机，拉杆，断裂
1、前言
冷轧厂重卷线开卷机主要用于来料带卷打开，在轧制过程中提供开卷张力的作用。卷筒是开卷机的核心部件，它直接影响开卷机的开卷质量。卷筒（见图一）主要由卷筒轴、棱椎套、拉杆、扇形板、拉杆横梁等组成。卷筒轴为空心轴，拉杆装在其中。拉杆尾端通过联轴节与涨缩油缸活塞杆相连，前端装有拉杆横梁，穿在拉杆中，拉杆横梁由螺栓与棱椎套相连。通过涨缩油缸的伸出、缩回驱动拉杆、棱椎套将扇形板撑开或缩回，实现卷筒的涨缩径。拉杆在其中是力的主要传递零件，具有动作频繁，受力强度大的特点。在日常生产中，常出现拉杆断裂的设备故障，处理时间较长，直接增加了设备维修成本，影响到生产的顺行。
图一 开卷机卷筒结构图
2、拉杆断裂原因主要从以下几方面进行分析：
2.1拉杆的材质
拉杆材质为42CrMo, 42CrMo具有强度、淬透性高、韧性好，淬火时变形小，高温时有高的蠕变强度和持久强度的特点，主要用于强度要求高和调制截面大的锻件。42CrMo抗拉强度σb (MPa):≥1080(110)，拉杆正常工作强度小于100MPa,在材料选型方面能够满足拉杆高强度的工作要求。拉杆为42CrMo铸钢件，在浇铸成型的过程中易产生夹渣、气孔、裂纹等缺陷，从而降低拉杆的抗拉强度。从拉杆断裂面未发现有明显的夹渣、气孔等铸造缺陷。
2.2拉杆的加工成型
拉杆断裂大多出现在螺纹连接位置（见图二），通过拉杆零件图及工作原理可看出，拉杆强度最弱的部位正好处于拉杆与联轴器衔接的螺纹联接部位。螺纹联接部位在整个拉杆结构中外径最小截面，且在螺纹机加工过程中会产生附加内应力，在反复动作、高强度受力的工况下易发生断裂现象。
2.3拉杆安装精度及受力分析
2.3.1拉杆在卷筒中的安装精度由卷筒两端的铜套一、铜套二决定（见图一）。铜套的在拉杆反复工作与铜套摩擦的过程中，铜套内径磨损，尺寸变大，拉杆安装轴线下降，与涨缩缸活塞杆轴线不能保持较高的同轴度，拉杆在动作过程中受弯曲应力，容易疲劳发生断裂。特别强调，拉杆长度达到5米多，铜套1的磨损将成倍的影响拉杆与涨缩缸活塞杆的同轴度。
2.3.2拉杆与涨缩缸活塞杆通过半联轴器及丝套相连接：拉杆、活塞杆
分别与丝套通过螺纹联接，两丝套通过半联轴器相连，两丝套与半联轴器（见图四）间刚性配合联接。拉杆与涨缩缸间的同轴度误差无法消除，同样引起拉杆在动作过程中受弯曲应力，容易疲劳发生断裂。
2.3.3拉杆在芯轴涨缩径过程中拉力的大小主要由负载决定。操作人员
在操作上卷小车将钢卷进入送入卷筒后，常出现直接操作上卷小车下降将钢卷重心完全落在芯轴上再进行涨径的现象，这很大程度上加大了卷筒涨径的负载，拉杆承受拉力也成倍增加，这一现象加紧了拉杆的劳损，易发生疲劳断裂。
2.3.4从拉杆断面分析，断面纹路一半很清新，另一半则陈旧，并且有油污，从断面材质颗粒方向看，颗粒是朝着轴向排列的，这说明推拉杆断裂处承受一定弯曲或剪切应力，在长期时间推拉或旋转过程中，拉杆断裂处一侧先产生裂纹，随时间推移，裂纹逐渐延伸，当裂纹面积扩大到一定值时，拉杆强度下降，在大拉力作用下，拉杆发生断裂。
3、改进措施
3.1拉杆母材的质量直接影响到拉杆的使用寿命。在拉杆母材浇铸的过程中，应严格按照铸造工艺进行，尽量消除夹渣、气泡现象。浇铸完成后应对拉杆母材进行探伤检测是否有裂痕、夹渣、气泡等缺陷，确保拉杆在加工、使用过程中具有足够的强度及韧性，保证拉杆使用质量。
3.2对拉杆的结构进行改造（见图三），增大拉杆受力最小横截面积（由φ80增大至φ100），改用台阶与联轴器相连替代螺纹丝套联接，消除拉杆端部螺纹加工应力。从拉杆本身结构缺陷出发，减少最小受力截面断裂隐患。拉杆与涨缩缸联接的联轴器进行相应改造（见图五）。
3.3对拉杆两端卷
筒铜套定期加油润滑并坚持其磨损情况，当磨损量达到一定量时进行更换，从而保证拉杆与涨缩缸活塞杆间的同轴度，避免拉杆长期受径向剪切力发生断裂现象。
3.4在拉杆安装时对拉杆与涨缩缸活塞杆间的同轴度进行校正，通过调整涨缩缸固定架位置保证两者间的同轴度。
3.5加强操作人员技能培训，在操作上卷过程中形成正确的操作习惯。在操作上卷小车将钢卷进入送入卷筒后，先操作芯轴涨径（此过程中钢卷重心仍由上卷小车支撑），然后再下降上卷小车，从而避免拉杆拉力过大加速疲劳的情况。
3.6对拉杆结构进行周期性探伤。拉杆在工作过程中长期受拉应力，本身也会出现疲劳现象，对拉杆进行周期性探伤可提前预知拉杆的疲劳开裂情况，及时安排组织更换处理，减少故障停机时间。
4、结语
通过以上相关措施，将改造后的拉杆及联轴器安装到重卷机组开卷机上，至今运行平稳，在故障时间及频率降低的同时，保证机组的生产顺行，降低企业生产维修成本。
参考文献
[1]成大先.《机械设计手册》第五版.北京.化学工业出版社.2007.11
[2]邹家祥.轧钢机械第3版.北京.冶金工业出版社.2011.9
论文作者:曾伟龙,方剑,杨家业,郭志
论文发表刊物:《防护工程》2018年第12期
论文发表时间:2018/10/23
标签：拉杆论文; 联轴器论文; 卷筒论文; 活塞杆论文; 过程中论文; 上卷论文; 强度论文; 《防护工程》2018年第12期论文;