热装法在立辊轧机机架装配中的应用浅析

余振林

（上海宝冶集团有限公司，上海 200941）

热装法在立辊轧机机架装配中的应用浅析

余振林

（上海宝冶集团有限公司，上海 200941）

热装法在机械设备安装中的应用比较广泛，主要用于配合较紧、压装不方便或容易损坏、过盈量较大零件的装配。立辊轧机的机架按照铸造方式主要分为整体式和分体式两种机架，分体式机架通过钢套环将上下两片机架连接成一个整体。针对分体式机架的连接钢套环热装法装配进行分析，总结过盈装配过程中根据过盈量计算加热温度，控制零部件的加热过程，防止被加热零件过热等，确保装配质量。

热装法；立辊轧机；过盈；加热温度；装配

按照铸造方式，立辊轧机的机架分为整体式和分体式两种结构，为满足运输和车间内行车的起重能力，一般采用分体式结构。采用分体式结构的机架通过钢套环将上、下两片机架连接成一个整体。由于机架主要承受轧制力，因此机架安装后的整体性和精度等是立辊轧机的机架安装质量控制要点。针对工程施工实践，通过对上、下两片机架连接钢套环采用热装法安装进行分析，总结该方法在应用过程中的一些注意问题。

1 概述与特点

1.1 概述

（1）分体式立辊轧机机架。

根据多项工程资料显示，1580mm热轧生产线中的E2立辊轧机的机架一般为分体式结构，分为上、下两片机架，一般上机架的重量约为74t，下机架的重量约为83t，总重量约为74t+83t=157t，而轧制跨的行车最大起重量为100t，因此只能将上、下两片机架分别吊装就位，然后现场安装钢套环将其连成一个整体。

上、下两片机架从机架耳轴中分面处一分为二，耳轴的直径为φ400mm，通过钢套环连接，为过盈配合安装，过盈量为0.5mm～0.6mm。连接钢套环详见图1所示。

（2）热装法与过盈配合。

从理论上来讲，对于过盈配合的零部件安装，可以选择压入装配法、低温装配法（或称冷装法）和加热装配法（或称热装法）等几种方法。其中，压入装配法是利用压力机械（如液压机等）产生的巨大压力，将相互配合的轴与孔，或其它装配件按图纸上的装配基准压装到一起的装配方法。压入装配法与热装法、冷装法配合使用，安装的过盈量较大，可靠性较强。由于压入装配法需要专用的压力机械和相应的胎具，现场施工受到一定的限制。冷装法和热装法都是利用热胀冷缩的原理，将过盈配合的轴或轴类零件降到一定温度或者是将孔类零件加热到一定温度，从而临时消除孔与轴的过盈量，然后迅速将轴、孔按设计要求装配到一起的方法。

图1 连接钢套环

在实际操作中，热装法比冷装法更易实现，所以热装法在生产实践中使用较为广泛。立辊轧机的上、下两片机架装配是利用钢套环将其装配成整体，主要是钢套环的过盈配合安装，因此选用热装法进行装配。

1.2 主要特点

热装法在不同的机械设备零部件装配过程中，根据零部件的尺寸及加热温度等选择的加热器加热方式，因此应用热装法进行立辊轧机的机架进行装配时，主要考虑以下特点。

（1）需装配的钢套环的尺寸较大。根据设计资料，立辊轧机上、下两片机架需要在现场进行装配，耳轴的直径为φ400mm，连接的钢套环外径为φ800mm，厚度为200mm，钢套环外径和厚度的尺寸都比较大，现场装配应该选择合适的工艺，才能保证安装的顺利进行。

（2）设计的过盈量较大。上、下两片机架连接用的钢套环设计过盈量为0.5～0.6mm，过盈量比较大，需要加热到足够高的温度才能消除其配合的过盈量并出现一定的间隙，才能确保按设计要求装配到一起。

（3）加热温度控制要求高。应用热装法进行零部件装配，需要考虑零部件加热的温度不足以引起零部件金相组织发生变化，否则会影响到装配零部件的机械性能。另外对零部件进行加热时，需要考虑到装配零部件加热的均匀性，保证各个方向的膨胀一致。

2 加热温度计算

立辊轧机上、下两片机架的耳轴与钢套环之间的装配为有过盈量的配合件装配，在装配前应检查包容件和被包容件的配合公差、倒角和圆角半径等，然后根据实测的过盈量计算加热温度。

2.1 按行业标准计算

根据YBJ201-83《冶金机械设备安装工程施工及验收规范通用规定》，采用热装配时，被加热件的加热温度应按下式计算：

式中：t——被加热件的加热温度，℃；

i——平均实测过盈值，mm；

α——被加热件材料的线膨胀系数，1/℃；

d——被加热件的公称直径，mm

t0——环境温度，℃。

本工程中设计过盈量为0.5～0.6mm，取i=0.6mm；线膨胀系数α=11×10-6/℃；被加热件的公称直径d=400mm；环境温度t0=25℃；则被加热件的加热温度为：

2.2 按国家标准计算

根据GB50231-2009《机械设备安装工程施工及验收通用规范》，横向过盈装配采用温差法时，包容件的加热温度按下式计算：

式中：tr——包容件的加热温度，℃；

Ymax——最大过盈值，mm；

Δ——最小装配间隙，mm，按表G.0.2的规定确定；

α2——加热线膨胀系数，10-6/℃，按表G.0.1-3的规定确定；

d3——配合直径，mm；

t——环境温度，℃。

本工程中设计过盈值为0.5～0.6mm，取Ymax=0.6mm； 最小装配间隙按表1取Δ=0.123mm； 加热线膨胀系数按表2取α2=11×10-6/℃；配合直径d3=400mm；环境温度t=25℃；则包容件的加热温度为：

表1 最小装配间隙 mm

表2 弹性模量、泊松系数和线膨胀系数

2.3 加热温度的确定

按照行业标准计算得出的加热温度t1=298℃，按照国家标准计算得出的加热温度tr=190℃，t1远大于tr。由于须加热的零部件材质为45#钢，加热到298℃不会发生装配件的金相组织发生变化。为了保证钢套环装配的顺利和装配质量，本工程按照t1=298℃进行加热即可保证顺利装配。

3 加热过程控制

为了能够保证钢套环能够顺利装配，除了确定加热温度以外，选择正确的加热方式、严格控制加热过程等也是非常关键的。

3.1 加热方式选择

当选定需要加热的温度后，根据设备情况、作业环境、工件形状以及尺寸大小，合理选择装配件的加热方法。根据采用的加热方式的不同，常用的加热方法主要有油槽加热法、火焰加热法、电加热法等几种。

（1）油槽加热法。这是应用较广的传统加热方法，一般是根据装配件的尺寸临时制作一个油槽，在油槽距底部50～70mm处设置金属网，将装配件置于网上，尺寸较大的装配件要用吊车进行吊起。装配件不宜直接放置于槽底，以防接触槽底的部位局部受热过高，或沉淀于槽底的污物污染装配件。油槽加热法应注意使用无腐蚀性、热安定性好的矿物油，最好是变压器油，油槽和油都要保持清洁；油槽的容量与被加热的装配件尺寸大小和油量保持一致，以达到理想的加热效果。热油的温度一般可达300℃，此方法一般用于过盈量较小、配合要求严格的轴承类零部件。

（2）火焰加热法。利用火焰直接进行加热，实际操作中采用氧气-乙炔焰加热较多，加热温度可达350℃以上，是装配较小零部件常用的方法。对于较大的零部件装配，可采用多套割炬同时进行加热，但是温度不易掌握且加热不均匀，会影响零部件的加热效果。

（3）电加热法。这是现代机械设备安装中常用的一种加热方法，加热温度可以达到1000℃或更高。一般是采用专门加热设备，如电热板、电炉等，将需要加热的零部件放置在加热设备上，接通电源开关，进行直接加热。温升速度可以预先设定值，加热温度可以通过继电器温控系统进行控制，以防出现被加热零部件出现过热的情况。该方法对温升速度、加热时间、加热温度等较为容易控制，且使用起来较为方便、安全可靠，目前在机械设备安装零部件装配中应用较为广泛。

需要加热的钢套环外径为φ800mm，厚度为200mm，加热温度为298℃，为保证加热的均匀性且便于控制，采用电加热法进行加热。

3.2 加热过程控制

零部件装配是否顺利，加热过程的控制也是比较重要的。加热过程的控制主要包括温升速度、加热时间、加热温度等，需要严格进行控制。

（1）加热工艺流程。

为确保装配的质量，必须制定加热工艺流程，并严格执行。加热工艺流程详见图2。

图2 加热工艺流程

（2）加热时间估算。

加热时间与钢的成分、原始组织、工件的尺寸与形状、使用的加热设备与加热方式等多种因素有关。因此，要确切计算加热时间是比较复杂的。在实验室中，加热时间通常按工件有效厚度，用下列经验公式估算加热时间：

T=α·D

式中：T——加热时间，min；

α——受热系数，min/mm；

D——工件有效厚度，mm。

本次加热方式采用电加热，α一般为1.0～1.2min/mm，取其大值α=1.2min/mm；工件有效厚度D=200mm，其加热时间估算如下：

T=α·D=1.2×200=240min

因此钢套环的加热时间按240min进行控制。

（3）加热控制要点。

①加热前需要对机架耳轴和钢套环的实际尺寸进行测量，如过盈量与设计图纸存在较大的偏差，应先对钢套环进行研磨，根据研磨后的实测过盈量平均值确定加热温度。

②由于采用电加热，需要在加热前对加热器进行调试，确保控制开关灵敏有效，温度传感显示正常。

③将钢套环放置于加热器上前，需要对其进行清洗干净，并将清洗的残留油迹擦干，以免在加热过程中污染钢套环。

④本钢套环采用板式电加热器进行加热，由于是单面受热，容易引起热量的散失，可在上面覆盖工业保温毯，以确保在估算的时间内加热到预定的温度。

⑤加热过程中，每隔15分钟记录下温度传感器上显示的温度，同时采用红外测温仪测量工件表面的温度，将两个数据进行对比分析，确保工件加热温度的准确性；同时测算温升速度是否与理论一致。

⑥在加热器上预先设定好加热温度，如钢套环加热温度设定在298℃，以防止加热时工件过热。

⑦钢套环加热温度达到计算的温度后，迅速清理钢套环表面和机架耳轴的表面，然后迅速进行热装。热装时要求操作动作迅速，一次热装到位，中途不许停顿，以免冷却而发生安装困难。若发生异常，不得强迫装入，必须查找原因，排除故障，重新加热后再进行热装。

⑧钢套环热装后，采用压、顶等措施，使其接近机架耳轴的轴向定位面，确保安装到位。

⑨由于钢套环的尺寸较大，采用电加热器进行加热，因此在加热时必须选择适当设备规格，并严格遵守设备操作规程，确保工件能够均匀受热。

⑩为了确保加热温度的准确性，钢套环加热的全过程的温度监测和记录必须由同一个人进行操作。

4 热装法应用对比分析

（1）从加热温度的计算可以看出，按照行业标准计算出来的结果要比国家标准计算的结果偏大较多，最主要的一个原因就是行业标准中预留的装配间隙较大，如前所述的钢套环，按行业标准取装配间隙与过盈值相等，即为0.60mm，所以经计算的加热温度较高。

（2）按照国家标准，预留的最小装配间隙根据配合直径确定，机架装配采用的钢套环直径为φ400mm，因此最小装配间隙为0.123mm，计算出来的加热温度相对偏低一些。

（3）经计算的加热温度的高低会直接决定到钢套环的热膨胀情况，会影响到钢套环的安装质量，预留的装配间隙大些，可以提高装配效率。

（4）运用加热法时要考虑到工件的尺寸便于加热、保证加热温度及受热的均匀性，过盈量较大、预留的装配间隙较大时，加热的温度也相对较高，但要防止工件材料发生金相组织的变化，最好控制工件的加热温度在400℃以内。因此过盈量的大小，是热装法进行温度控制的关键。

5 结语

分体式立辊轧机的上、下两片机架主要是通过钢套环将其连接成一个整体，钢套环与耳轴之间设计是过盈配合，可以采用热装法进行安装。应用热装法时，加热温度主要是由过盈量的大小决定，因此不管是行业标准，还是按照国家标准进行过盈配合安装，都需要选择合适的过盈量、预留合适的装配间隙，才是热装法应用的关键点。

随着钢铁工业的不断发展，对机械设备的安装精度要求也越来越高，因此国家标准对最小装配间隙提出更高的要求。为适应机械设备安装的高精度要求，在控制好过盈量与最小装配间隙时，选择合适的自动化加热设备，确保加热温度的准确性，使工件装配一次成功。

[1]周明.立辊轧机的结构介绍与装配分析[J]．民营科技，2011（9）．

[2]袁东华，杨素梅．热压装配工艺在轮对热装中的应用[J]．中州煤炭，2010（6）．

[3]YBJ201-83，冶金机械设备安装工程施工及验收规范通用规定．冶金工业出版社[S]．

[4]GB 50231-2009，机械设备安装工程施工及验收通用规范．中国计划出版社[S]．

[5]GB 50386-2006，轧机机械设备工程安装验收规范．中国计划出版社[S]．

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1671-0711（2017）01（下）-0163-04