型鋼推鋼機導向杆斷裂原因分析
技術交流
作者：馬寧輝
摘要：文章通過對型鋼推鋼機導向杆的斷裂原因進行分析，將理論力學及材料力學相關知識應用到了生產實際中，找出了導杆斷裂的原因。
關鍵詞：型鋼推鋼機；導向杆；剪切應力；傾翻力矩；導杆斷裂 文獻標識碼：A
中圖分類號：TG305 文章編號：1009-2374（2015）23-0081-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.042
1 概述
型鋼推鋼機的作用是將冷鋼坯推入加熱爐進行加熱。推鋼機是軋鋼工序中第一個主體設備。推鋼機有幾種傳動形式，比較典型的有液壓傳動、齒輪齒條傳動等。型鋼推鋼機采用液壓傳動形式。該設備是由液壓缸、推頭、導向杆等部件組成。導向杆是為了保證推鋼機前後移動的同軸度。2014年8月23日，推鋼機導杆與推頭連接處斷裂。事後對斷裂原因進行了分析，除了操作方麵的原因外，設計方麵也存在著一定的問題。該設備在設計時隻是考慮了一種布鋼模式，而未充分考慮所有的布鋼模式。因此，在實際運行過程中，有可能出現超過負荷的現象。
2 型鋼推鋼機的相關參數
2.1 型鋼推鋼機的工作原理
由液壓缸推動推頭，由推頭將鋼坯向前推動，而後麵的鋼坯將前麵的鋼坯向前推動，這樣逐級將推力傳遞出去，從而推動了整個加熱爐的鋼坯向前移動。
2.2 加熱爐的布鋼形式
型鋼廠鋼坯規格為250mm×250mm或250mm×350mm。其加熱爐規格為8m×28m。加熱溫度為1200℃。
加熱爐的布鋼形式有三種，
第一種和第三種布鋼形式，1#、2#推鋼機的推頭能夠均勻受力，不會產生傾翻力矩，因而不會使導杆產生剪切應力。而第二種布鋼形式則會使推頭單邊與鋼接觸受力，從而產生傾翻力矩，進而使導杆產生剪切應力，久而久之，導杆便會斷裂。
2.3 計算前的相關參數的確定
3 計算分析
3.1 推鋼機受力分析
推鋼機在推鋼的過程中，液壓缸對推頭的力為F，鋼坯給推頭一個反作用力，為了讓鋼坯移動，F≥。F與會形成力偶，而為使係統達到平衡，那麼該力偶會被別的力偶抵消掉，因此，可以推斷在導向杆的支撐架上會產生作用力、；、，而這些力之間會形成反方向的力偶，從而抵消F與的力偶的作用。而根據現場斷麵的情況來看，導向杆類似於剪切斷麵，因而推斷導向杆與推頭接觸處存在著剪切應力。另外，從現場觀察來看，在單邊受力的情況下，如果要將鋼推動，推頭會傾斜25°左右，因而液壓缸對推頭的推力。
3.2 計算前的一些假設
為了使計算方便，更為了能夠盡快地找出導杆斷裂的主要原因，我們做如下假設：
由於兩個導杆對稱，假設其受力完全一樣，==P；==Q。
3.3 計算參數
3.4 計算剪切力
雖然通過計算得出剪切應力小於剪切許用應力，但是實際剪切應力值已經接近許用應力。而且考慮兩邊有可能受力不對稱，另外加上推鋼機的工況及反複操作等原因，導杆與接推頭接觸的地方反複產生交變應力，也有可能使導杆疲勞斷裂。
4 結語
通過以上的計算並結合相關分析，導杆斷裂的原因是：（1）設計時未充分考慮到型鋼的布鋼形式，忽略了剪切應力對導杆的影響；（2）導杆與推頭結合處倒角過小，使得應力集中。解決方法有：（1）盡量調整布鋼形式，使推頭兩邊均勻受力，盡量減少由於單邊而產生的剪切應力；（2）將導杆與推頭連接件重新加工，增加結合麵的倒角，分散應力；（3）重新計算，重新設計導杆的結構及尺寸，對設備進行改造。
本文利用理論力學及材料力學的原理對推鋼機導杆斷裂原因進行了分析，而為了使計算方便，設置了一些假設，並利用了一些估算的方法，使得計算結果與真實情況略有差異。如果想要得到更為精確的結果，還是要利用計算機的一些軟件進行模擬、仿真。但是，在精度不是很高的設備上利用該方法進行分析，對設備問題進行定性的判斷，這些方法還是很有效果的。
參考文獻
[1] 劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社，2004.
[2] 成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，1993.
作者簡介：馬寧輝（1978-），男，重慶鋼鐵（集團）有限責任公司工程師，研究方向：機械工程。
（責任編輯：秦遜玉）