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摘 要： 文章分析了步进梁导轨的断裂事故造成的危害和产生的原因，并提出改进措施。改进后较好解决了导轨断裂事故。
关键词：步进梁；导轨；断裂 ；分析
【分类号】：TG333.2
1 前言
邯钢连铸连轧厂CSP生产线是20世纪90年代末国内引进的三条生产线之一。1999年CSP生产线建成投产，本生产线由连铸，加热炉，粗轧，精轧，卷曲和带卷运输构成。2002年二期增加一套连铸设备后年生产能力为245万吨。其中轧钢生产线设计的最高轧制速度为12.6m/s.生产线的设备和工艺完全进口于德国的SMS。带卷运输自投产以来出现3次步进梁运输装置2#梁导轨断裂事故，严重的影响了生产的稳定进行。
2 步进梁机械机构
步进梁导轨安装在固定基础的工字钢上，梁体通过车轮支撑在导轨上，梁体两侧有工字钢立柱支撑鞍座，带卷在静止时存放在鞍座上，运输时梁体垂直上升，提升带卷行走。步进梁运动由水平运动和垂直运动组成。为保证运动的开始和结束动作缓和，防止步进梁产生冲击和振动，水平运动和垂直运动过程中的速度是变化的。步进梁的水平运动是通过横移液压缸驱动，此时，提升缸处于静止的状态，梁体垂直方向无运动。步进梁的垂直运动升降运动是由提升缸通过偏心提升装置驱动，此时横移缸和车轮保持静止状态，该结构带有刚性良好的梁体，具有结构简单，承载能力大，易于安装调试，运行可靠，维修量小等特点。
3 存在问题及产生原因
步进梁在运输带卷时，车轮在导轨上滚动实现梁体的移动，导轨的状态良好是实现带卷运输的重要保障。导轨采用QU120，通过12条M20螺栓固定在工字梁上，工字梁的宽度方向上焊有四方挡块，起到定位作用。观察导轨断裂的状态，发现紧固导轨的固定螺栓没有松动，断裂处在步进梁接卷端导轨350mm处（如图1标注位置），在宽度方向上呈一条直线。导致导轨断裂的主要原因有以下几点：
图 1
3.1 载荷大。
步进梁梁体结构是大尺寸的钢结构，一段梁体重14.6t，加之接卷时梁体上7个卷，每卷最大33.6 t，使得导轨所承担的载荷较大。
3.2 导轨磨损
由于惯性的作用，车轮在启动的时候，由对导轨的相对滑动转变为滚动，车轮在停止的时候，由相对滚动转变为相对滑动。在启动和停止前因为有缓冲的存在车轮与导轨的相对速度变化，也会产生相对滑动。步进梁在惯性的作用下，车轮与导轨产生产生较大的摩擦力。此摩擦力导轨产生较大的拉伸。由于极限位置经过调试后固定不动，导轨在车轮缓冲位置产生严重的磨损，，降低导轨的受力截面，产生应力集中，这是产生导轨断裂的重要原因。经过现场的测量车轮停止减速位置导轨两端的350mm处。图2和图3 分别是磨损前后的车轮停止减速位置导轨表面对比图。
图 2 图 3
3.3 冲击大
步进梁接卷时，梁体经过液压缸驱动做垂直的提升运动。梁体由静止到接卷和带卷由静止到运动，运动状态的改变，在惯性的作用下瞬间对梁体产生强烈的冲击，通过梁体和车轮传输到导轨上。车轮在导轨上长时间的行走，使得导轨安装面存在微量的间隙。在冲击和间隙的共同作用下，在导轨上产生一瞬间的冲击弯矩，长时间的作用下在导轨的薄弱环节形成疲劳破坏。
3.4 横向应力增大
经过长时间的磨损，在车轮变速的位置导轨会产生磨损，导轨面的受力状态也在发生变化。截取车轮停止减速位置导轨进行受力分析。
导轨未磨损之前车轮在导轨上行走停止时，与导轨产生相对滑动产生摩擦力f （图4）。 当导轨磨损后，导轨表面发生微观变化。此时受力不仅有车轮行走时的摩擦力f，还会产生一个切向的压力N。f与N方向垂直，在导轨的表面形成一合力F（合力用F标识）。必然有F>f。而且在步进梁承接带卷应走时F远远大于f。
由截面应力公式 其中F表示导轨所受拉力，A表示导轨横截面积。随着导轨表面的磨损，导轨横截面积减小，导轨所受拉力增加，导轨截面的拉应力 增大。当 大于导轨所能承受的最大拉应力时，导轨断裂。
图4 图 5
4 改进措施
针对导轨产生断裂的原因，采取相应的措施进行改进
4.1 改进导轨的固定方式
导轨上的交复弯矩和冲击弯矩是导致导轨断裂的重要原因。减小导轨薄弱环节的弯矩，是保证导轨正常安全运行的必要措施。
在导轨磨损严重处的两侧，设立螺栓固定，使导轨与底座的固定紧密。导轨加工完毕后，在导轨上车轮变速位置处（导轨磨损严重处）宽度方向两端加工?22mm的螺栓孔，并且在底部安装的工字梁的相对应位置上钻两个?22mm的螺栓孔。导轨安装时，用M20×100的螺栓，通过此孔将导轨紧密地固定在工字梁上。此措施可以减小导轨与工字梁之间的间隙，虽然不能将导轨所受的弯矩全部的消除，但是可以将导轨所受的弯矩降到最小。
4.2 增大导轨磨损严重处的受力截面
导轨受力截面的变小和导轨承受拉伸力是导轨断裂的又一重要原因。因此，增加导轨的受力截面，是保证导轨安全运行的又一重要措施。加工制作两块25×40×200mm的加固板。在导轨安装，调整完毕后，将加固板放在车轮变速位置导轨的内外两侧与导轨焊接成一体。焊接的加固板要与导轨的水平面平行。通过加固板的焊接，能够增大此处的受力截面，降低导轨所受应力。
4.3 定期检查，清理导轨
导轨的磨损是导致导轨断裂的主要原因，但是导轨的磨损不可能消除，所以只能是降低导轨的磨损。制定合理的周期，定期对导轨的表面进行清理，减少导轨表面的铁屑和杂质，保证导轨表面的光滑，降低导轨的磨损。
5结束语
通过采取多项改进措施，步进梁导轨的断裂明显得到控制，延长了导轨的使用寿命，保证了整个带卷的运输，降低备件的消耗，节约了生产的成本。
参考文献：
[1]蔺文友 冶金机械安装[M]. 冶金机械出版社1994.12
[2]成大先 机械设计手册第三版. 化学工业出版社 1999.8
[3]单辉祖 材料力学 . 高等教育出版社 2004.8
[4]濮良贵 机械设计 . 高等教育出版社 2001.7
关键词：步进梁；导轨；断裂 ；分析
【分类号】：TG333.2
1 前言
邯钢连铸连轧厂CSP生产线是20世纪90年代末国内引进的三条生产线之一。1999年CSP生产线建成投产，本生产线由连铸，加热炉，粗轧，精轧，卷曲和带卷运输构成。2002年二期增加一套连铸设备后年生产能力为245万吨。其中轧钢生产线设计的最高轧制速度为12.6m/s.生产线的设备和工艺完全进口于德国的SMS。带卷运输自投产以来出现3次步进梁运输装置2#梁导轨断裂事故，严重的影响了生产的稳定进行。
2 步进梁机械机构
步进梁导轨安装在固定基础的工字钢上，梁体通过车轮支撑在导轨上，梁体两侧有工字钢立柱支撑鞍座，带卷在静止时存放在鞍座上，运输时梁体垂直上升，提升带卷行走。步进梁运动由水平运动和垂直运动组成。为保证运动的开始和结束动作缓和，防止步进梁产生冲击和振动，水平运动和垂直运动过程中的速度是变化的。步进梁的水平运动是通过横移液压缸驱动，此时，提升缸处于静止的状态，梁体垂直方向无运动。步进梁的垂直运动升降运动是由提升缸通过偏心提升装置驱动，此时横移缸和车轮保持静止状态，该结构带有刚性良好的梁体，具有结构简单，承载能力大，易于安装调试，运行可靠，维修量小等特点。
3 存在问题及产生原因
步进梁在运输带卷时，车轮在导轨上滚动实现梁体的移动，导轨的状态良好是实现带卷运输的重要保障。导轨采用QU120，通过12条M20螺栓固定在工字梁上，工字梁的宽度方向上焊有四方挡块，起到定位作用。观察导轨断裂的状态，发现紧固导轨的固定螺栓没有松动，断裂处在步进梁接卷端导轨350mm处（如图1标注位置），在宽度方向上呈一条直线。导致导轨断裂的主要原因有以下几点：
图 1
3.1 载荷大。
步进梁梁体结构是大尺寸的钢结构，一段梁体重14.6t，加之接卷时梁体上7个卷，每卷最大33.6 t，使得导轨所承担的载荷较大。
3.2 导轨磨损
由于惯性的作用，车轮在启动的时候，由对导轨的相对滑动转变为滚动，车轮在停止的时候，由相对滚动转变为相对滑动。在启动和停止前因为有缓冲的存在车轮与导轨的相对速度变化，也会产生相对滑动。步进梁在惯性的作用下，车轮与导轨产生产生较大的摩擦力。此摩擦力导轨产生较大的拉伸。由于极限位置经过调试后固定不动，导轨在车轮缓冲位置产生严重的磨损，，降低导轨的受力截面，产生应力集中，这是产生导轨断裂的重要原因。经过现场的测量车轮停止减速位置导轨两端的350mm处。图2和图3 分别是磨损前后的车轮停止减速位置导轨表面对比图。
图 2 图 3
3.3 冲击大
步进梁接卷时，梁体经过液压缸驱动做垂直的提升运动。梁体由静止到接卷和带卷由静止到运动，运动状态的改变，在惯性的作用下瞬间对梁体产生强烈的冲击，通过梁体和车轮传输到导轨上。车轮在导轨上长时间的行走，使得导轨安装面存在微量的间隙。在冲击和间隙的共同作用下，在导轨上产生一瞬间的冲击弯矩，长时间的作用下在导轨的薄弱环节形成疲劳破坏。
3.4 横向应力增大
经过长时间的磨损，在车轮变速的位置导轨会产生磨损，导轨面的受力状态也在发生变化。截取车轮停止减速位置导轨进行受力分析。
导轨未磨损之前车轮在导轨上行走停止时，与导轨产生相对滑动产生摩擦力f （图4）。 当导轨磨损后，导轨表面发生微观变化。此时受力不仅有车轮行走时的摩擦力f，还会产生一个切向的压力N。f与N方向垂直，在导轨的表面形成一合力F（合力用F标识）。必然有F>f。而且在步进梁承接带卷应走时F远远大于f。
由截面应力公式 其中F表示导轨所受拉力，A表示导轨横截面积。随着导轨表面的磨损，导轨横截面积减小，导轨所受拉力增加，导轨截面的拉应力 增大。当 大于导轨所能承受的最大拉应力时，导轨断裂。
图4 图 5
4 改进措施
针对导轨产生断裂的原因，采取相应的措施进行改进
4.1 改进导轨的固定方式
导轨上的交复弯矩和冲击弯矩是导致导轨断裂的重要原因。减小导轨薄弱环节的弯矩，是保证导轨正常安全运行的必要措施。
在导轨磨损严重处的两侧，设立螺栓固定，使导轨与底座的固定紧密。导轨加工完毕后，在导轨上车轮变速位置处（导轨磨损严重处）宽度方向两端加工?22mm的螺栓孔，并且在底部安装的工字梁的相对应位置上钻两个?22mm的螺栓孔。导轨安装时，用M20×100的螺栓，通过此孔将导轨紧密地固定在工字梁上。此措施可以减小导轨与工字梁之间的间隙，虽然不能将导轨所受的弯矩全部的消除，但是可以将导轨所受的弯矩降到最小。
4.2 增大导轨磨损严重处的受力截面
导轨受力截面的变小和导轨承受拉伸力是导轨断裂的又一重要原因。因此，增加导轨的受力截面，是保证导轨安全运行的又一重要措施。加工制作两块25×40×200mm的加固板。在导轨安装，调整完毕后，将加固板放在车轮变速位置导轨的内外两侧与导轨焊接成一体。焊接的加固板要与导轨的水平面平行。通过加固板的焊接，能够增大此处的受力截面，降低导轨所受应力。
4.3 定期检查，清理导轨
导轨的磨损是导致导轨断裂的主要原因，但是导轨的磨损不可能消除，所以只能是降低导轨的磨损。制定合理的周期，定期对导轨的表面进行清理，减少导轨表面的铁屑和杂质，保证导轨表面的光滑，降低导轨的磨损。
5结束语
通过采取多项改进措施，步进梁导轨的断裂明显得到控制，延长了导轨的使用寿命，保证了整个带卷的运输，降低备件的消耗，节约了生产的成本。
参考文献：
[1]蔺文友 冶金机械安装[M]. 冶金机械出版社1994.12
[2]成大先 机械设计手册第三版. 化学工业出版社 1999.8
[3]单辉祖 材料力学 . 高等教育出版社 2004.8
[4]濮良贵 机械设计 . 高等教育出版社 2001.7