大型轧机机架安装工艺简述
王炼 罗浩
（中冶实久北方分公司 山东莱芜 271100）
[摘 要]轧机机架尺寸及重量大，多数车间厂房内的行车都不能对机架进行直接吊装。如何保证机架的合理吊装，是实际中值得重视的问题。为解决这一难题，我单位在几个工程的总结更新下，形成了一套成熟的轧机机架安装技术。本文重点介绍了机架吊具的设计制作、吊装工艺和安装要点。 [关键词] 机架吊具 吊具设计 吊装工艺
机架在吊装时采用两根箱形梁夹住机架，再用一根横梁作用于压下孔，用箱形梁和横梁将机架抬起。 一 机架吊具设计
对吊装梁进行受力分析可知，梁主要受正弯、侧弯、剪力和扭曲等，综合考虑以上因素，吊装梁宜采用箱形梁结构。
吊具主要由箱形梁（2件）、横梁、吊耳（2件）等组成。 箱形梁采用以下结构：
图1 箱型梁结构示意图
1 梁的设计 1.1 确定梁的长度L
梁的长度由两行车的起重能力确定。当两行车的起重相同时，梁的长度为两行车钩头之间的距离（考虑到吊耳应加长1米）；当两行车的起重不相同时，应按照力矩平衡来确定梁的长度L 。
1.2 梁的受力分析
图2（a ）为受力图 （b ）为剪力图 （c ）为弯矩图
L 1F F =F B
F =L 2L
A
1
其中: F —机架和梁的自重之和，即F=G+Q中G 表示机架重量（已知）、Q 表示设计梁和
吊耳的重量和（未知），Q 可以根据梁的截面尺寸计算式和吊耳的截面尺寸计算式的相关参数代替，在这里不作详细的代替过程的阐述。
从图（b ）中可以确定：最大剪力F tmax =F A
从图（c ）中可以确定：最大弯矩M max =F A L 1 由公式可计算出截面模量：W ≥1.2M
f
其中： f —抗弯强度 1.3 确定梁的截面尺寸
1.3.1 腹板高度确定
梁的高度由其经济性和刚度决定，经济性即梁最轻，刚度即为充分利用钢材强度，即满足梁的相对桡度W
⎡W ⎤≤⎢⎣L ⎥⎦
，桡度一般取
1
。 750
按经济确定腹板高度：
h
按刚度确定腹板高度：
j
=300
h
其中： E —弹性模量
min
=0.6
fl E W L f —材料屈服点
按刚度确定的腹板高度应小于按经济确定的腹板高度，实际高度可以适当的大于计算结果。
1.3.2 腹板厚度确定
按抗剪要求确定腹板厚度。
b
k
=1.2
h t max min
k
其中：
f
—抗剪强度
v
1.3.3 翼缘面积确定
A =
W
-
min
k
min
6
翼缘宽度b y 一般取：
b y =
翼缘厚度：
min
3
～
2min 5
h
=b
b
A
y
1.4 强度验算 1.4.1 抗弯强度校核
其中： W =
z
z
δ=
I
z
b (h min +h b )-(b =
max
3
y
max z
δ
y
-2b k
)h min
3
1212
—抗弯截面系数
翼缘与腹板角焊缝高度：h >z
h
I W
z
—截面惯性矩
1.4.2 抗剪强度校核
τ=
τ
max k z
1.4.5 加劲计算
h
t
s
s
≥
s
min
30
+40
=
15
T =
l 10
s
其中： h —加劲长度
t
s
—加劲厚度
T —加劲布置间距
加强筋焊缝高度由下式计算：
h h >2 横梁设计
横梁作用于机架的压下部位，翼缘的面积应大些，保证与机架内壁左右之间的距离为100mm 即可，这样既可以增大和机架的接触面积，同时也增加了箱形梁的抗弯能力。
横梁的设计和箱形梁的设计方式相同，具体设计过程参照以上的设计。 3 吊耳设计
3.1 吊耳主要受拉应力作用，从图（d ）中可以看出截面最小处为b-2a ，因此只需要校核该处的拉应力即可。
根据拉应力计算公式：σ=
其中： 2σ
3.2 吊耳板强度验算
按局部紧接承压条件，吊耳板所需要厚度按下式计算，
c =F
σd
F
b -2a 2c
其中： F—吊耳板承受的剪应力 σ—局部紧接承压力 d—吊耳板开孔直径
由上式也可以计算出钢板所需的厚度c ，孔的直径d 由销子决定，考虑到孔壁有毛刺和凸点，可在销子外套一厚皮管，销子的直径要和厚皮管的内径接近。为了增加吊耳的强度，
将钢板两侧都用钢板满焊。材料力学试验表明，当孔边距足够大时，就可以防止材料被剪断，通常取2倍销子（按照和钢板相同材料计算）直径的距离，所以方孔到底面、侧面的距离应大于2倍销子（按照相同材料计算）直径的距离，同时销子中心到顶部的距离也应大于2倍销子的直径。
图3 吊耳结构示意图
3.3 轴销尺寸的确定：
轴销尺寸主要受材料剪切强度的影响（受力图如下）。材料一般使用45#钢，尺寸可由下式确定：
F
[τ] 2A
τ=
图4 销子受力分析图
为防止销子在吊耳孔里窜动甚至滑落，在销子的另一端打一通孔，用销子穿上。 3.4 轴销强度验算
根据比较销轴的弯曲正应力和弯曲切应力（F 当集中力进行计算），二者的比值为：
max max
=6
l d
其中： l —销轴的长度（两钢板内侧面之间的距离） d —销轴的直径
因此，验算销轴一般只验算弯曲正应力，按照以下公式：
δ=
W
max z
δ
其中：
W
z
=
32
3
4 箱形梁焊接工艺
4.1 为提高金属结构件的精度，放样划线前须对变形的钢板进行矫正。
4.2 切割前应将钢材表面的油污、铁锈等清除干净。切割断面不得有撕裂、分层及大于1mm 的铁棱，并应清除干净熔渣、毛刺等。
4.3 先将翼板放在平地上，用行车将腹板吊起放在翼缘上（可先在翼缘上焊接四块钢板，用着初步固定腹板），用水平等工具将腹板找正后，点焊腹板固定。为防止焊接变形，每隔一米用角钢将腹板和翼缘焊接，随后进行满接（可以采用两人同时由中间向两端焊接）。再用相同的方法将另一块腹板进行焊接，最后将上翼缘和腹板之间进行焊接。焊接下翼缘采用T 字型焊，焊接上翼缘采用单面坡口焊。
4.4 焊缝要求达到Ⅱ级焊缝标准。 二 机架安装 1 底座安装
底座安装前预埋好中心标板，计算出需要垫铁的数量、规格并座浆。底座以轧制中心、横向中心标板为基准点，对两底座的中心进行找正。底座间距用经伟仪及外径千分尺配合找正，拧紧螺栓后将垫板点焊。为了便于机架顺利的插入底座，一般让入口或出口底座向外偏移2mm 。
2 机架安装准备
安装前，核实机架的重要尺寸，合格后方可进行安装。
2.1 将出口底座的地脚螺栓按设计预紧力的100％拧紧；入口侧底座微松螺母并外移2mm 。
2.2 分别在出入口底座的侧面设置1块百分表，底座两端设置2块百分表，监测底座位移。在机架安装到位的过程中，移动侧底座可能会产生位置变化，必须准确监测移动侧的位移情况，同时对固定侧也进行必要的监测，当出现位移时可以进行调整恢复。
2.3 在设置好百分表后，在机架的侧面架设螺旋千斤顶，以防止机架的位移。千斤顶架设过程中，应保证底座无位移，各百分表无反应。
2.4 将机架各加工面进行清洗，除去防锈油并涂保护油，机架、底座相配合的加工面，要清理铲除各种毛刺硬点，以免影响装配。清理完后，机架和吊具进行预装，对吊具不合理的地方进行修改。
3 机架吊装
轧机机架安装先安装传动侧，后安装操作侧。
2.1 组装吊具：先将下面的梁用行车吊起，再用手拉葫芦固定住，然后将另一根梁吊起放在机架上（用橡胶垫保护接触部位），最后吊起吊耳，用手拉葫芦和行车配合对吊具进行
组装。组装后再用4根工字钢焊接在两箱形梁上（增加抗侧弯性），组装见下图。
图5 机架组装示意图
2.2 为了保证两台行车行进一致，用槽钢将两行车焊接连成整体。
2.3 每根箱形梁上用两手拉葫芦连在机架压下装置安装平台上（根据现场情况，在箱形梁和横梁上应在适当位置焊接吊耳便于拆卸）。
2.4 两台行车同时起钩，在起吊行进过程中，行车驾驶人员、安全员、指吊人员应严格的按照各自的规章制度执行。
2.5 两台大车和移动小车的相互配合将机架水平吊运到底座上方（过程中分别保证大车和小车动作的一致性），对正安装位置，然后同步缓慢回钩使机架吊装到位。
图6 机架安装示意图
4 机架就位的具体步骤
4.1 机架距底板高度H 大于1m 时，由行车指挥员目测两车同时回钩，每次回钩量15mm ～20mm 。
4.2 机架距底板高度1000mm>H>500mm时，行车指挥员需与安装钳工配合，进行安装。机架两边各三名钳工，其中1人用卷尺测量机架与底板间高度H ，口令告之行车指挥员，行车指挥员根据报数进行调平，每次回钩量5mm ～8mm ，另备2名钳工监测机架位置，随时告知行车指挥员进行微量调整。
4.3 机架距底座200mm 时，机架穿地脚螺栓，侧面结合面涂油，需要一次精准调整，由钳工指挥行车指挥员，行车司机依据两侧报数进行机架调平，回车，每次回钩量3mm ～5mm 。
4.4 H
4.5 将机架地脚螺栓帽用手拧紧即可，待上下横梁安装到位后，方可拧紧。 4.6 传动侧机架安装完毕后，吊装操作侧机架就位，方法同上。 4.7 用千斤顶使底座与机架的内侧面接触。 4.8 安装上下横梁。
4.9 分别拧紧底座和机架的螺母。 5 吊具拆除
将行车大钩取下，同时拉四个手拉葫芦，使吊具和横梁下降，当横梁和压下之间的距离较大时，用小钩将横梁取出，继续让吊具下降，当不能下降时，此时可以用小钩将吊耳取下，两梁即可分开，再用大钩吊起箱形梁，同时再取下手拉葫芦，将其放到枕木上。 三 结束语
此安装技术在泰钢1800热轧不锈钢、泰钢1700冷轧以及攀钢1450热轧技改工程中得到了应用并逐渐优化形成，机架的安装质量和安装精度获得甲方人员的好评，在确保安全和质量的前提下，效率也得到提高，几台轧机投用至今, 设备运行正常, 生产平稳。设备精度和质量已满足生产长期使用的要求, 为同类大型设备的安装提供了宝贵的技术资料。因此, 该技术具有推广性，同时也有着明显的经济效益和社会效益。
大型轧机机架安装工艺简述
王炼 罗浩
（中冶实久北方分公司 山东莱芜 271100）
[摘 要]轧机机架尺寸及重量大，多数车间厂房内的行车都不能对机架进行直接吊装。如何保证机架的合理吊装，是实际中值得重视的问题。为解决这一难题，我单位在几个工程的总结更新下，形成了一套成熟的轧机机架安装技术。本文重点介绍了机架吊具的设计制作、吊装工艺和安装要点。 [关键词] 机架吊具 吊具设计 吊装工艺
机架在吊装时采用两根箱形梁夹住机架，再用一根横梁作用于压下孔，用箱形梁和横梁将机架抬起。 一 机架吊具设计
对吊装梁进行受力分析可知，梁主要受正弯、侧弯、剪力和扭曲等，综合考虑以上因素，吊装梁宜采用箱形梁结构。
吊具主要由箱形梁（2件）、横梁、吊耳（2件）等组成。 箱形梁采用以下结构：
图1 箱型梁结构示意图
1 梁的设计 1.1 确定梁的长度L
梁的长度由两行车的起重能力确定。当两行车的起重相同时，梁的长度为两行车钩头之间的距离（考虑到吊耳应加长1米）；当两行车的起重不相同时，应按照力矩平衡来确定梁的长度L 。
1.2 梁的受力分析
图2（a ）为受力图 （b ）为剪力图 （c ）为弯矩图
L 1F F =F B
F =L 2L
A
1
其中: F —机架和梁的自重之和，即F=G+Q中G 表示机架重量（已知）、Q 表示设计梁和
吊耳的重量和（未知），Q 可以根据梁的截面尺寸计算式和吊耳的截面尺寸计算式的相关参数代替，在这里不作详细的代替过程的阐述。
从图（b ）中可以确定：最大剪力F tmax =F A
从图（c ）中可以确定：最大弯矩M max =F A L 1 由公式可计算出截面模量：W ≥1.2M
f
其中： f —抗弯强度 1.3 确定梁的截面尺寸
1.3.1 腹板高度确定
梁的高度由其经济性和刚度决定，经济性即梁最轻，刚度即为充分利用钢材强度，即满足梁的相对桡度W
⎡W ⎤≤⎢⎣L ⎥⎦
，桡度一般取
1
。 750
按经济确定腹板高度：
h
按刚度确定腹板高度：
j
=300
h
其中： E —弹性模量
min
=0.6
fl E W L f —材料屈服点
按刚度确定的腹板高度应小于按经济确定的腹板高度，实际高度可以适当的大于计算结果。
1.3.2 腹板厚度确定
按抗剪要求确定腹板厚度。
b
k
=1.2
h t max min
k
其中：
f
—抗剪强度
v
1.3.3 翼缘面积确定
A =
W
-
min
k
min
6
翼缘宽度b y 一般取：
b y =
翼缘厚度：
min
3
～
2min 5
h
=b
b
A
y
1.4 强度验算 1.4.1 抗弯强度校核
其中： W =
z
z
δ=
I
z
b (h min +h b )-(b =
max
3
y
max z
δ
y
-2b k
)h min
3
1212
—抗弯截面系数
翼缘与腹板角焊缝高度：h >z
h
I W
z
—截面惯性矩
1.4.2 抗剪强度校核
τ=
τ
max k z
1.4.5 加劲计算
h
t
s
s
≥
s
min
30
+40
=
15
T =
l 10
s
其中： h —加劲长度
t
s
—加劲厚度
T —加劲布置间距
加强筋焊缝高度由下式计算：
h h >2 横梁设计
横梁作用于机架的压下部位，翼缘的面积应大些，保证与机架内壁左右之间的距离为100mm 即可，这样既可以增大和机架的接触面积，同时也增加了箱形梁的抗弯能力。
横梁的设计和箱形梁的设计方式相同，具体设计过程参照以上的设计。 3 吊耳设计
3.1 吊耳主要受拉应力作用，从图（d ）中可以看出截面最小处为b-2a ，因此只需要校核该处的拉应力即可。
根据拉应力计算公式：σ=
其中： 2σ
3.2 吊耳板强度验算
按局部紧接承压条件，吊耳板所需要厚度按下式计算，
c =F
σd
F
b -2a 2c
其中： F—吊耳板承受的剪应力 σ—局部紧接承压力 d—吊耳板开孔直径
由上式也可以计算出钢板所需的厚度c ，孔的直径d 由销子决定，考虑到孔壁有毛刺和凸点，可在销子外套一厚皮管，销子的直径要和厚皮管的内径接近。为了增加吊耳的强度，
将钢板两侧都用钢板满焊。材料力学试验表明，当孔边距足够大时，就可以防止材料被剪断，通常取2倍销子（按照和钢板相同材料计算）直径的距离，所以方孔到底面、侧面的距离应大于2倍销子（按照相同材料计算）直径的距离，同时销子中心到顶部的距离也应大于2倍销子的直径。
图3 吊耳结构示意图
3.3 轴销尺寸的确定：
轴销尺寸主要受材料剪切强度的影响（受力图如下）。材料一般使用45#钢，尺寸可由下式确定：
F
[τ] 2A
τ=
图4 销子受力分析图
为防止销子在吊耳孔里窜动甚至滑落，在销子的另一端打一通孔，用销子穿上。 3.4 轴销强度验算
根据比较销轴的弯曲正应力和弯曲切应力（F 当集中力进行计算），二者的比值为：
max max
=6
l d
其中： l —销轴的长度（两钢板内侧面之间的距离） d —销轴的直径
因此，验算销轴一般只验算弯曲正应力，按照以下公式：
δ=
W
max z
δ
其中：
W
z
=
32
3
4 箱形梁焊接工艺
4.1 为提高金属结构件的精度，放样划线前须对变形的钢板进行矫正。
4.2 切割前应将钢材表面的油污、铁锈等清除干净。切割断面不得有撕裂、分层及大于1mm 的铁棱，并应清除干净熔渣、毛刺等。
4.3 先将翼板放在平地上，用行车将腹板吊起放在翼缘上（可先在翼缘上焊接四块钢板，用着初步固定腹板），用水平等工具将腹板找正后，点焊腹板固定。为防止焊接变形，每隔一米用角钢将腹板和翼缘焊接，随后进行满接（可以采用两人同时由中间向两端焊接）。再用相同的方法将另一块腹板进行焊接，最后将上翼缘和腹板之间进行焊接。焊接下翼缘采用T 字型焊，焊接上翼缘采用单面坡口焊。
4.4 焊缝要求达到Ⅱ级焊缝标准。 二 机架安装 1 底座安装
底座安装前预埋好中心标板，计算出需要垫铁的数量、规格并座浆。底座以轧制中心、横向中心标板为基准点，对两底座的中心进行找正。底座间距用经伟仪及外径千分尺配合找正，拧紧螺栓后将垫板点焊。为了便于机架顺利的插入底座，一般让入口或出口底座向外偏移2mm 。
2 机架安装准备
安装前，核实机架的重要尺寸，合格后方可进行安装。
2.1 将出口底座的地脚螺栓按设计预紧力的100％拧紧；入口侧底座微松螺母并外移2mm 。
2.2 分别在出入口底座的侧面设置1块百分表，底座两端设置2块百分表，监测底座位移。在机架安装到位的过程中，移动侧底座可能会产生位置变化，必须准确监测移动侧的位移情况，同时对固定侧也进行必要的监测，当出现位移时可以进行调整恢复。
2.3 在设置好百分表后，在机架的侧面架设螺旋千斤顶，以防止机架的位移。千斤顶架设过程中，应保证底座无位移，各百分表无反应。
2.4 将机架各加工面进行清洗，除去防锈油并涂保护油，机架、底座相配合的加工面，要清理铲除各种毛刺硬点，以免影响装配。清理完后，机架和吊具进行预装，对吊具不合理的地方进行修改。
3 机架吊装
轧机机架安装先安装传动侧，后安装操作侧。
2.1 组装吊具：先将下面的梁用行车吊起，再用手拉葫芦固定住，然后将另一根梁吊起放在机架上（用橡胶垫保护接触部位），最后吊起吊耳，用手拉葫芦和行车配合对吊具进行
组装。组装后再用4根工字钢焊接在两箱形梁上（增加抗侧弯性），组装见下图。
图5 机架组装示意图
2.2 为了保证两台行车行进一致，用槽钢将两行车焊接连成整体。
2.3 每根箱形梁上用两手拉葫芦连在机架压下装置安装平台上（根据现场情况，在箱形梁和横梁上应在适当位置焊接吊耳便于拆卸）。
2.4 两台行车同时起钩，在起吊行进过程中，行车驾驶人员、安全员、指吊人员应严格的按照各自的规章制度执行。
2.5 两台大车和移动小车的相互配合将机架水平吊运到底座上方（过程中分别保证大车和小车动作的一致性），对正安装位置，然后同步缓慢回钩使机架吊装到位。
图6 机架安装示意图
4 机架就位的具体步骤
4.1 机架距底板高度H 大于1m 时，由行车指挥员目测两车同时回钩，每次回钩量15mm ～20mm 。
4.2 机架距底板高度1000mm>H>500mm时，行车指挥员需与安装钳工配合，进行安装。机架两边各三名钳工，其中1人用卷尺测量机架与底板间高度H ，口令告之行车指挥员，行车指挥员根据报数进行调平，每次回钩量5mm ～8mm ，另备2名钳工监测机架位置，随时告知行车指挥员进行微量调整。
4.3 机架距底座200mm 时，机架穿地脚螺栓，侧面结合面涂油，需要一次精准调整，由钳工指挥行车指挥员，行车司机依据两侧报数进行机架调平，回车，每次回钩量3mm ～5mm 。
4.4 H
4.5 将机架地脚螺栓帽用手拧紧即可，待上下横梁安装到位后，方可拧紧。 4.6 传动侧机架安装完毕后，吊装操作侧机架就位，方法同上。 4.7 用千斤顶使底座与机架的内侧面接触。 4.8 安装上下横梁。
4.9 分别拧紧底座和机架的螺母。 5 吊具拆除
将行车大钩取下，同时拉四个手拉葫芦，使吊具和横梁下降，当横梁和压下之间的距离较大时，用小钩将横梁取出，继续让吊具下降，当不能下降时，此时可以用小钩将吊耳取下，两梁即可分开，再用大钩吊起箱形梁，同时再取下手拉葫芦，将其放到枕木上。 三 结束语
此安装技术在泰钢1800热轧不锈钢、泰钢1700冷轧以及攀钢1450热轧技改工程中得到了应用并逐渐优化形成，机架的安装质量和安装精度获得甲方人员的好评，在确保安全和质量的前提下，效率也得到提高，几台轧机投用至今, 设备运行正常, 生产平稳。设备精度和质量已满足生产长期使用的要求, 为同类大型设备的安装提供了宝贵的技术资料。因此, 该技术具有推广性，同时也有着明显的经济效益和社会效益。