摘要：矫直机是对金属棒材、管材、线材等进行矫直的设备。轧制出的钢材常出现弧形弯曲、纵向和横向弯曲、瓢曲等缺陷，为此轧后的钢材必须经过矫正。文章方案以南钢宽厚板厂温矫直机为参照，分析矫直辊更换现状，查找影响矫直辊更换效率的因素。通过优化矫直辊的更换方案，可以有效提升矫直辊的更换效率，从而大幅度缩短换辊时间。通过文章研究，以期为相关操作人员提供详细的参考数据，科学有效地优化矫直机换辊技术，提高生产效率。

　　关键词：矫直机；弯辊；主缸；增压缸；边辊；矫直辊更换；换辊时间

　　1矫直的概念和意义

　　在板带材的轧制生产中，由于轧件温度不均，变形不均及轧后冷却不均、运输和其他因素的影响，致使轧制出来的产品常出现波浪弯和瓢曲等缺陷。为此轧后钢材必须经过矫正，以达到国家规定的质量标准，满足用户的使用要求。

　　矫直辊的辊面受损通常是不可预测的，由于更换矫直辊时矫直机要停止作业，对生产计划和生产节奏造成较大影响。为了把影响降到最小，文章针对矫直机换辊展开讨论，分析矫直机换辊现状，找出矫直机换辊的影响因素，通过讨论矫直辊更换方案，提升矫直机换辊效率、减少换辊时间、提高产量。

　　2矫直设备的主要配置

　　矫直机配备有快速响应的定位控制液压调节系统，用于快速无负载调节和受载后矫直辊开口度的重新设定。主液压调节装置的位置控制电路是与矫直辊缝控制叠加在一起的。矫直辊缝控制在所有矫直阶段都有效，即使是板子的端部也能具有良好的质量［1］。

　　九辊温矫直机由3台电机通过大型齿轮机构和万向轴驱动。齿轮机构包括1个小齿轮箱和3台齿轮减速机。

　　为防止万向轴过载，小齿轮机构又细分为3个部分。每个部分由1个独立的主电机驱动。在减速齿轮箱与小齿轮箱之间安装3个安全联轴器，对每个传动机座内的万向轴进行保护，防止过载。由于减速齿轮机构和小齿轮机构完全封闭，因此，需要配备采用油润滑系统润滑的精密斜齿轮。如果钢板通过矫直机后发生润滑系统故障时，主传动电机则可通过此精密斜齿轮停机。

　　齿轮轴和小齿轮安装在耐磨轴承上。矫直机的设计可保证钢板以任一方向通过。下矫直辊和支承辊辊系安装在伸缩式框架上。支承辊相对于矫直辊的轴线偏移，可防止矫直过程中偏转。入口侧和出口侧的矫直辊配备有单独的调节装置，可通过液压马达采用螺丝千斤顶垂直调节。这些辊的设定值可在矫直过程中校正。该单独调节功能为矫直辊提供了较宽的调节范围。上矫直辊和支承辊辊系安装在可伸缩分开式机架上。支承辊安装到止推框架上。止推框架在中心分开，通过接头连接。通过机架上部的偏心装置，可实现支承辊的弯曲，由此，矫直辊也可弯曲。矫直过程中采用液压缸和调节杆可实现无载弯曲。上部止推机架可采用主液压缸预调节。

　　上部辊系统通过油压平衡。

　　矫直机最重要的调节元件是液压调节系统，使用该系统可将上部横梁调节至计算/预调设定值。在平衡缸的作用下，上部辊盒顶到上部横梁上，通过调节液压缸可直接调节辊位。

　　矫直过程中，位置控制调节系统必须将其位置保持在最大反作用力部位。矫直机机架弹簧通过弯曲补偿功能补偿。

　　上部横梁采用4个调节缸移动，必须以动态、精确同步方式平行移动并定位。液压调节控制要求非常精确以满足动态和精确方面的要求，其设计/动作必须特别小心。

　　在载荷条件下沿设备宽度方向上发生的上止推框的变形可由液压补偿控制进行补偿。其需要的位置控制缸位于止推框的顶部。

　　矫直辊缝是自动控制的，以便在整个矫直过程中获得平直的板型。由此均匀增强了沿整个板宽方向的矫直强度。

　　温矫直机配备有自动化系统。有效的计算机模型与快速响应的硬件相配合是设备内安装的控制和调节系统实现功能性能的前提。该模型在实时时间内决定作为各自操作参数的单个调节部件的参考值。

　　由于矫直辊的轴承、轴承座和支撑辊的设计，不需要对支撑辊进行单独调节。矫直辊的轴承仅用于导向并不由矫直辊框架支撑，整个的矫直力仅由支撑辊轴承承受。

　　矫直辊和支撑辊安装在减摩轴承上。轴承座配备径向轴密封以防止灰尘和水进入。支撑辊轴承座、下止推框架和设备底座的设计可使矫直过程中的氧化铁皮落入位于矫直机底下的渣沟内。

　　空心的矫直辊是内部水冷的。位于设备顶部的管道可散发热气。上止推框架为内部冷却。调节齿轮装置位于热辐射区域的外部。

　　采用额外的二位三通阀实现辊内部冷却到辊外部冷却的切换（不影响弯辊架的冷却）。一旦钢板离开矫直机，冷却水流将从内部冷却切换到外部冷却。这种情况下，水的主要作用是清除辊表面可能存在的鳞片。在送入下一块钢板前，冷却水流再次从外部冷却切换到内部冷却。

　　齿轮装置全部密封，配备有精确的、通过稀油润滑的螺旋齿轮。在润滑系统故障的情况下，在钢板通过矫直机后，主传动电机通过螺旋齿轮停止运转。

　　齿轮轴和传动齿轮安装在减摩轴承上。整个矫直辊和支撑辊装置的拆卸和重新安装是通过换辊装置进行。设备包括与矫直机牌坊固定在一起的万向轴支架和与基础固定在一起的带有小车和液压缸的换辊框。

　　3矫直机构造及工作原理

　　矫直机工作原理：弯曲的钢板在旋转着的矫直辊之间作直线运动，经过矫直辊多次弯曲而得到矫直。

　　矫直机的组成包括入口辊道、出口辊道、矫直机本体、换辊装置及阀台、弯辊缸、主缸及增压缸、上辊系、下辊系、入口边辊、出口边辊。

　　3.1弯辊

　　矫直机中的弯辊是关键组件之一，其作用是通过提供不同形状的矫直辊缝来矫直钢板。这些矫直辊缝的形状通常有三种类型：

　　（1）矫直时提供平行等间距的矫直辊缝。

　　（2）矫直时提供中间窄、两边宽的的矫直辊缝（也叫正弯）。

　　（3）矫直时提供中间宽、两边窄的的矫直辊缝（也叫负弯）。

　　矫直机的弯辊缸的3种功能由板型来决定的。WINCC画面上提供了和生产现场匹配的几种板型供操作工选择。为了实现弯辊缸的3种功能，弯辊缸要有不同的动作。正弯时弯辊缸伸出来，负弯时弯辊缸缩进去；板子有双边浪时，弯辊缸伸出来，弯辊缸正弯；板子有中浪时，弯辊缸缩进去，弯辊缸负弯。3.2主缸

　　主缸是矫直机的关键液压部件之一，矫直机通常配备有4个主缸，分别为传动侧入口、操作侧入口、传动侧出口和操作侧出口。这些主缸通过液压力提供矫直所需的力量，负责将钢板推送通过矫直辊，以实现矫直的效果。

　　3.3增压缸

　　当矫直机的主缸压力所产生的矫直力不能满足生产需要时，需配合增压缸一起工作。矫直机高低压切换包含三种状态：低压时，不带增压缸工作；高压时，带增压缸工作；手动时，无法切高压。

　　增压缸虽然很小，但其行程是一定的，包括最大位、最小位、工作位。当增压缸不在工作位时，就会有泄漏补偿。其中，矫完板子后的补偿是普通泄露补偿，矫完每道次后的补偿是紧急泄露补偿。只有当道次结束后才能进行泄漏补偿，补偿时不能操作。

　　3.4入口边辊与出口边辊

　　入口边辊与出口边辊可单独调节。

　　（1）出口边辊：对钢板的头部影响较大，如果钢板在矫直后头部仍然上翘，则要向下调整出口边辊，如果钢板在矫直后头部仍然下扣则要向上抬起出口边辊。出口边辊的调整范围一般在-23mm~+10mm之间。

　　（2）入口边辊：对钢板的尾部影响较大，如果钢板在矫直后尾部仍然上翘则要向下调整入口边辊，如果钢板在矫直尾部仍然下扣则要向上抬起入口边辊。入口边辊的调整范围一般在-23mm~+10mm之间。

　　4温矫直机换辊

　　4.1换辊系统

　　换辊装置用于整个辊系或下部辊组的拆装和组装。该装置包括安装于矫直机牌坊上的万向轴夹紧装置、固定在预组装移动梁上的换辊框架、换辊小车和两级液压伸缩液缸。如果需要更换整个辊系，上下矫直辊的轴承座之间以及齿轮联轴器之间需要放置隔片，以确保无论辊径如何，中心距都保持恒定。

　　上矫直辊框架从上部弯辊架上拆下，并放置到下矫直辊框架的上面。安装在矫直辊侧万向轴法兰上的齿轮联轴器，通过万向轴支撑装置支撑并在其位置固定。拆下电缆、油气润滑软管和冷却水软管后，即可拆下整个辊组，不需要拆卸万向轴和矫直辊之间的任何其他连接件［2］。

　　如果需要更换下辊系，需要在下齿轮联轴器之间放置隔片，以便夹紧下万向轴。辊系的上部必须采用调节系统按照预设位置就位。拆下电缆、油气润滑软管和冷却水软管后，可拆卸下部辊组。

　　上下辊系在机器上的安装方式应确保可以快速换辊。上辊系应始终与下辊系一同拆卸。下辊系可单独抽出。上辊系通过8个夹紧单元固定在弯辊架上。部辊系配备4个轮子（拆卸前用4个液压缸从凹槽中向上压出），将辊组从牌坊下部提举起来。

　　4.2温矫直机换辊流程

　　4.2.1换辊准备

　　（1）检修人员到位，换辊所需工器具准备到位。

　　（2）关闭矫直机介质系统：油气润滑系统、稀油润滑系统、冷却水（保留矫直机液压系统）。

　　（3）关闭矫直机主传动电源，机前、机后辊道传动电源（包括机架辊）。

　　（4）准备好矫直辊换辊钥匙。

　　（5）严格执行摘挂牌制度，确认后开始换辊。

　　4.2.2换辊简易步骤

　　首先，执行操作模式选择，将模式切换至维护换辊状态。现场传动侧操作面板的操作权限在这一步骤中获得许可，守候矫直辊主传动设备锁定过程，确保安全操作环境。接着，设定需更换滚筒的部位类别（仅限顶部或上下部）并拆卸相应区域的防护构件。随后，下辊组件与下横梁支撑同步上升，而中间支撑梁作出相反动作向下位移。框架上部（辊缝）同步逐步下降，上辊装置的上支撑横梁在锁紧缸释放后降低，攀升至框架（辊缝）顶部时提升高度，辊系移至300mm位置，完成后切换至操作侧面板操作。

　　在确认所有步骤均已妥善准备后，等待设备完成辊系更替。新辊系一经启动，便会被推移至300mm位置，就可以切换至传动侧面板操作，系统确认新辊径，辊系移至in位置并放入安全插销，其它操作依次恢复，直至完成换辊过程。最后，操作权限已投放至操作界面，标志着换辊环节全面终结。

　　5矫直机换辊实际分析

　　5.1历史情况分析

　　2021年矫直机多数换辊时间都超过200min，最短用时出现在7月，控制在190min以内。

　　5.2症结分析

　　5.2.1统计数据

　　研究人员于2022年4月初，对2021年第6、7、8次换辊操作进行细则分析。

　　5.2.2分析症结

　　影响换辊时间的操作步骤为水、油管路的拆装以及上下辊盒的安装。

　　5.2.3制定对策

　　（1）拆装油气管路的解决方案：改变矫直辊润滑模式。

　　（2）固定部位不好拆卸的解决方案：取消原来的固定装置，在上、下辊盒加入凹凸槽定位装置，并起到固定作用。

　　（3）操作画面增加强制信号对话框：避免现场元器件损坏造成信号未来，缩短不必要时间（需现场确认实际到位）。

　　5.3对策实施

　　关于油气管路的拆卸与安装事项，将原有的油气润滑工艺优化为当前的自润滑技术，从而省却了繁琐的油气管道拆卸与安装环节所需的时长。此变革不仅提高了操作的便捷度，还提升了整个流程的简洁度，使其更具效率。同时，工作效率与安全性也得到了显著的提升。

　　在过去，油气润滑设备的拆装过程较为繁琐，需要在管路连接与断开的过程中进行润滑油或气体的加注。这些步骤不仅费时，还需要大量精力投入。此外，这种操作容易导致润滑系统的渗漏，或者引起其他问题，进而干扰设备的正常运作。目前，采用了自润滑工艺，内置自润滑功能的辊面无需额外的油气管路，就能保持顺畅运转，简化了许多繁琐的流程，大幅降低了维护程序的复杂程度。

　　另外，关于上下辊盒的固定策略，原先采用的是钉板固定策略，需要拆除钉板才能精准对齐矫直齿隙。现在，对上下辊盒进行了凹槽配备，并插入定位销以实现稳固固定。这种设计在降低拆卸推进辊盒后钉板的时间消耗方面具有显著优势。在对矫直齿缝进行对准时，可以直接滚动滚轮罩取出定位销，充分利用了时间资源，操作简便，提高了效率。

　　此外，运用了强制信号对话框手段来增强处理。在执行关键操作时，操作界面会适时展示提示信息，以确保操作者遵循恰当的操作流程，提升了设备的防护与巩固性能。这种优化不仅增强了操作人员的操作规范性，还提升了他们的操作精确度。因此，设备故障和事故风险由操作失误导致的情况得以减轻，生产效率与安全防护等级也得到了提升。

　　6结论与展望

　　文章对矫直机换辊流程进行改善，使改善后的矫直辊可以一次性顺利推入；针对固定部位不好拆卸的情况，采用凹凸槽定位装置后不再需要拆卸固定装置，省去了拆卸固定装置的时间，大幅缩短了矫直机换辊时间。对比改善前后的实际操作效果，换辊时间大幅减少，一般控制在120min以内，不仅减轻了操作员的工作量，更提高了企业的生产效率。

　　参考文献

　　［1］黄庆学，王效岗，周存龙.新一代中厚板矫直机研究［C］.//2009年全国中厚板生产技术研讨会论文集.2009：120-125.

　　［2］戴德文.宝钢5m厚板矫直机换辊设备的改进［C］.//中国金属学会2007年中厚板学术会议论文集，2007：225-227.