一、引言

　　冶金行业的轧机，广泛采用锁紧缸来锁紧轧机机架，轧机锁紧缸的常用形式是碟簧锁紧，液压打开。这种锁紧缸的特点是，利用碟簧被压缩后产生的势能——弹簧力将轧机“压紧”，但是这种锁紧方式，如果碟簧工作时的变形量过大，容易造成碟簧的过早疲劳，此时锁紧缸锁紧力严重下降，轧机本体不能很好的被锁死，会出现跑钢，甚至机架被拉倒等严重事故。本文从多个角度出发，寻找提高轧机锁紧缸可靠性的方法。（相关阅读：碟簧式机械锁紧液压缸的特点）

　　二、碟簧锁紧的优缺点

　　碟簧是用钢板冲压成的一种圆锥形截面(碟形)的垫圈式弹簧，像一个无底碟形盘子。这种弹簧在承受轴向载荷后，碟片锥角减小，弹簧轴向产生变形。碟簧的截面图见图1。

　　碟簧的特点是：

　　1.刚度大，缓冲吸振能力强，能以小变形承受大载荷，适合于轴向空问要求小的场合。

　　2.具有变刚度特性，可通过适当选择碟簧的压平时变形量h。和厚度t之比，得到不同的特性曲线。这种弹簧具有很广范围的非线性特性。单片碟簧的特性曲线图见图2。

　　3.用同样的碟簧通过不同的组合方式，能使碟簧特性在很大范围内变化。当叠合时，相对于同一变形，叠加的弹簧数越多则载荷越大。而当对合时，对于同一载荷，弹簧数越多则变形越大。但是，碟簧的高度和板厚在制造中如果出现即使不大的误差，其特性也会有较大的偏差。因此这种弹簧需要由高的制造精度来保证载荷偏差在允许范围内，这是碟簧的缺点。

　　三、碟簧变形量的合理确定

　　碟簧工作时，长期处于被压缩状态，此时如果设计变形量过大，碟簧容易疲劳失效，寿命缩短;如果设计变形量过小，碟簧的锁紧力没有得到充分的利用。碟簧工作时变形量过大，造成碟簧较早疲劳失效，是造成锁紧缸锁紧力严重下降的一个重要原因。图2为单片碟簧的特性曲线，从该特性曲线图看以看出，碟簧工作时的变形量为压平时变形量h。的0.75倍时，碟簧的锁紧力得到了充分的利用，同时碟簧在该变形量下拥有较好的寿命。所以，合理选择碟簧、合理设计锁紧缸的行程，使锁紧缸处于工作位置时，碟簧的变形量等于压平时变形量的0.75倍，能够使碟簧达到最好的使用效果。

　　四、缸头楔角对锁紧力的影响

　　锁紧缸结构简图见图4。锁紧缸工作时，以活塞为研究对象，它受到缸筒施加的向下的水平力F1，碟簧的推力F2和轧机楔面的反作用力-F，(数值上等于锁紧缸对轧机楔面的锁紧力F，但是方向相反)，缸头楔面的受力矢量图见图3。计算锁紧缸对机架的锁紧力的公式为：

　　式中F——锁紧缸对轧机楔面的锁紧力(数值上等于轧 机楔面的反作用力一F，但方向相反);

　　F1——缸筒对活塞的反作用力;

　　F2——碟簧推力;

　　α——缸头楔角。

　　由以上公式可以看出，缸头楔角对液压缸的锁紧力有较大影响，角度a的轻微改变，能够引起锁紧力的较大改变。设计时合理选择角度a，也可以达到增大锁紧力的目的。

　　角度α的范围在0°到90°之间，由公式F=-F2/sinα可知，在此角度范围内，α角越小，则锁紧缸提供的锁紧力就越大，但是α角减小之后，活塞对缸筒的作用力-F1也同时增大，局限于缸筒材料的强度，α角又不能过小。所以缸头楔角α的减小要在缸简材料强度能承受的范围内。经过综合分析，选择了15°的缸头楔角。

　　五、碟簧和液压双重锁紧缸的优缺点

　　选择较大的碟簧，可以增大锁紧缸的锁紧力。但是有限空间的情况下，仅靠增大碟簧来增加锁紧力是不现实的，同时为了拥有较好的寿命，碟簧的变形量必须合理(即工作时的变形高度是原始高度的0.75左右)。这样为了保持和增大锁紧力，提出了在碟簧锁紧的基础上，增加液压锁紧的方法。

　　碟簧锁紧 液压锁紧的好处有：

　　1.可以提供较大的锁紧力。弹簧力锁紧 液压缸锁紧比单一的弹簧锁紧力量大的多;且液压缸压力可调，锁紧缸可以灵活的提供多种锁紧力。

　　2.不需增加较大的空间。如图4所示，锁紧缸的弹簧机构和液压缸机构共同使用同一空间。

　　3.液压系统工作压力低，工作可靠，便于维护。液压锁紧是弹簧锁紧的一个补充，不需要很高的工作压力。

　　4.当碟簧在使用一段时间逐步失效后，通过调整液压系统压力可以使锁紧缸保持足够的锁紧力从而有效的锁紧轧机，保证轧机安全生产。

　　5.当液压系统出现临时故障不能使用时，弹簧机构提供的锁紧力仍可以锁住轧机，维持生产。

　　6.因锁紧装置为液压打开，已经具备液压系统;只是对现有系统稍作改造即可满足使用要求。

　　以上可以看出，具备碟簧锁紧和液压锁紧功能的新的轧机锁紧装置(缸)克服了因弹簧失效而使轧机不能锁紧的致命缺点，保证了轧线的安全生产;并为保证产品质量奠定了基础。

　六、轧机锁紧缸液压系统设计

　　为了满足新型的碟簧、液压双重锁紧缸的使用要求，设计了与之适用的液压系统。液压系统图见图5。

　　锁紧缸锁紧时，液压系统通路为：换向阀锁紧侧减压阀单向节流阀锁紧缸锁紧侧。

　　锁紧缸打开时，液压系统通路为：换向阀打开侧减压阀单向节流阀锁紧缸锁紧侧。

　　该液压系统中，在锁紧缸锁紧侧和打开侧回路中都设置了减压阀，这样可以有效的控制锁紧缸两侧回路中的系统压力。在锁紧侧增加定值减压阀，可以根据需要调节锁紧侧的系统压力，从而调节锁紧缸的锁紧力。在打开侧增加减压阀，还可以避免因打开侧压力过大，打开时碟簧的压缩量过大，引起碟簧过早疲劳，缩短锁紧缸的使用寿命。

　　七、结论

　　本文综合分析了轧机锁紧缸出现锁紧力不足和锁紧不稳定的原因，从多个方面着手解决锁紧力不足的问题，

　　本文结论如下：

　　1.论述了碟簧拥有较好寿命时的变形量，可以通过合理确定碟簧工作时的变形量，达到延缓碟形4一锁紧侧减压阀;5一换向阀

　　2.论述了锁紧缸缸头楔角对锁紧力的影响。合理确定缸头楔角，也可以提高锁紧缸的锁紧力。

　　3.在碟簧锁紧的基础上，提出了增加液压锁紧的方法，同时设计了与之适用的液压系统。增加了液压锁紧之后，碟簧锁紧和液压锁紧互相辅助，不仅使锁紧缸锁紧力增大，而且使锁紧缸的锁紧力更加可靠，使轧机生产更加安全。

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