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摘要：介绍了唐山三友集团粘胶短纤维三公司第十、十一生产线精炼机托辊的结构及不同位置特点，更换方案的选择设计、具体应用操作步骤及实施效果。
关键词：托辊;空间狭小;普通位置托辊;对柱托辊;固定导轨;滑动式小车
化纤三公司第十、十一生产线的建成投产，标志着化纤公司整体实力的进一步提升，其大产业化精炼机有效宽度4.5米为行业首创，是1-5线的1.46倍，6-9线的1.2倍，同时各种组成部件随之优化改进，辊体相应加粗加长加重，平时生产中检修更换最多的是托辊，目前1-9线检修，辊体轻，主要为人工使用吊装带更换，随着生产线的加大，单体设备的加大加重，这种简易的吊装，人工劳动强度大，安全性低，已不能满足需要。重新摸索研究新的检修方法，势在必行。
1.辊体结构特点
三公司精炼机托辊结构为中间厚壁管，外陈一层耐酸碱腐蚀的胶板，两端圆钢轴头与之烘装在一起，直径由原来的300mm加粗到420mm，辊体总长5400mm，重量达到2.4吨，其上有Φ650上压辊，压辊与托辊间为输送纤维的精炼机网带，一侧为精炼机立柱，另一侧有支撑网带托架的小立柱，下面左右是集液槽，前后有气缸、轴承座、减速机等，运行中，在托辊与压辊上下间的网带载一定厚度带有酸碱浴液的纤维，通过气缸使压辊向下施压，减速机带动托辊与压辊相向转动使网带上纤维中的浴液得到在线挤压、清洗，挤出液体落于下面的集液槽中。托辊长期在高压及腐蚀液体中运转，表面陈胶层较容易与碳鋼本体分离脱落，这时就要及时检修更换避免造成纤维产品质量的不均匀。托辊立面结构位置附图1示意。各部件结构紧凑，操作空间狭小。
现状1：普通位置托辊：南北方向距离大于辊体长度，空间位置充足，辊体可直接整体横向南北移出。
思路1：根据三公司精炼机普通位置托辊的结构、位置特点，设计固定导轨，单体移动辊体的方案，绘制图纸进行移动演示，对空间位置按实际比例进行模拟，不影响各部件相对位置的前提下，设计工装胎具滑动式小车，辅助完成。附图3托辊移动示意图。
实施方案1：
步骤1.1：停车后，掀开精炼机上盖，气缸抬起上面大压辊，松开网带张紧辊，使网带松开，利用精炼机上方的纵向吊轨用吊装带捆绑托辊两端轴头，托辊向上连带网带吊起，拆除下轴承支座。
步骤1.2：将设计制作好的固定式托架导轨横向进入精炼机，两端借用原轴承支座的螺栓孔安装固定在精炼机两侧的横梁上，将设计制作的两件托辊滑动式小车，两端各为2个轴承滚轮安装到托架导轨两侧，半圆弧支架与辊体外圆配套使辊体稳稳固定于小车中，注意托架上要衬上一层橡胶板，防止辊体磕碰保护外陈胶层及横向窜动，同时精调整两件托架导轨的间距，保证托辊滑动小车整体移动不卡顿、不脱轨。胎具示意位置附图4。
步骤1.3：托辊下降高度与网带分离，卧于托辊小车的半圆弧支架中，托辊牵引端轴头捆绑钢丝绳，随滑动式小车整体配合3吨手拉葫芦进行横向移动，精炼机外侧轨道采用承插式延长，避免焊接带来的应力与变形，同时减小整体式导轨重量，方便装拆，设计制作移动式接辊平台，使机内外导轨跨过检修平台，连贯成整体轨道，托辊从精炼机内滑出到平台后，用预先等待的3吨叉车，从高处运下，经安全通道放置到指定存放区域。
步骤1.4：新辊体的回装与旧辊体的拆除步骤相反，注意期间注意辊体的保护，避免磕碰。
自制工装卡具有一定的安全风险，为此我们查找资料对结构进行了严格的整体计算校核强度和挠度，有效保证检修的安全快捷。
将主要承重托架导轨进行刚度和强度的计算示例如下：
已知托架导轨为Q235材质，选用16号热轧工字钢，跨度4500mm，作用在单导轨上的力P=12000N，将托架导轨的受力情况简化为中间均等分受两个力的简支梁，设定a=50cm，b=50cm。
托架导轨的挠度计算：
根据《机械设计手册》P1-131
托架导轨的最大挠度：
挠度与长度之比：
0.6419/450=1/701<（1/1000～1/500）
综上，挠度与长度比在允许范围之内，托架导轨满足刚度要求。
托架导轨的强度计算
根据《机械设计手册》P1-131
托架导轨的最大弯矩：
Mp=Pa=12000×50=600000N
查《机械设计手册》P3-114
16号工字钢的X方向截面系数W=Wx=141cm3
δmax=Mp/W=600000/141=4255.3N/cm2
δmax=4255.3N/cm2≈42.6MPa
托架导轨采用Q235钢材，基本许用应力为190MPa
许用应力：
δp=δjp/K 其中K为折减安全系数，一般选1.3
δp=δjp/K=190MPa/1.3=146.2MPa
综上，δmax≈42.6MPa<δp=146.2MPa，导轨满足强度要求。
通过计算校核，所选托架导轨16号工字钢在精炼机托辊检修更换中满足刚度和强度要求，选用安全合格。
现状2：对柱托辊更换：正对前方有2000mm宽承重柱，且轴头距柱子只有3870mm，小于辊子长度，无法直接横向南北移出，更换难度加大，如图2。
思路2：托辊向精炼机上方抬起移出精炼机后，再将托辊向一边移动到一定空间，使辊体横向移出。
实施方案2：断开精炼机网带向上移出精炼机，拆除大压辊与下托辊分别纵向移动到柱子旁边位置，然后横向整体移出。
实施方案缺陷2：向上移出需解除断开精炼机网带，由于三公司网带宽度大，承载重，网带拉伸变形较大，网带拆装都会困难，此方案需将上面完好的大压辊也一同拆装，工作量加大一倍以上，且现精炼机上方只有纵向吊轨，横向移出，只能人工操作斜拉，人工劳动强度大且安全上不允许。
思路3：整体设计采用往气缸一边移动1米以上距离，足够使辊体可以横向移出，再采用普通辊体方案1移出辊体。
实施方案3：
步骤3.1：停车后，将气缸右侧的整体式小立柱附图5改进为上下螺栓连接分体式附图6，并在原有基础上增加一根网带托架横撑（上），网带托架横撑（上）与小立柱（上）连接、原有网带托架横撑（下）与小立柱（下）连接，小立柱（上）、（下）连接，运行时网带上纤维运行重量大，上、下横撑共同托起网带托架支撑。
步骤3.2：更换下托辊时，掀开精炼机上盖，抬起上面大压辊，辊向上吊起，拆除下轴承支座，托辊下降高度与网带分离。
步骤3.3：气缸放下上压辊，拆除气缸，并将横撑（下）与小立柱（下）拆除，空载不带料，承重轻，用网带托架横撑（上）与小立柱（上）对网带托架进行支撑，留出托辊纵向平移空间，下托辊纵向右移到距原托辊位置约1米处。
步骤3.4：插入固定式托架导轨，托架借助小立柱与精炼机横梁连接孔进行固定安装，托辊滑动式小车安装到托架上调整好，以下更换步骤和方案1相同。
2.实施效果
通过对不同位置托辊检修方案的现场分析、试验论证及实际应用，成功实现了三公司精炼机大型压辊顺利安全检修，降低了工人劳动强度，提高了检修效率。
参考文献
1.成大先主编.《机械设计手册》.第四版.北京.化学工业出版社.2002年1月.1-131，3-114
作者简介：
胡军玲，女，1977年6月，汉族，河北工业大学机械设计制造及其自动化，唐山三友集团远达纤维有限公司，主任工程师，机电工程师，主要从事机械制造工作。
关键词：托辊;空间狭小;普通位置托辊;对柱托辊;固定导轨;滑动式小车
化纤三公司第十、十一生产线的建成投产，标志着化纤公司整体实力的进一步提升，其大产业化精炼机有效宽度4.5米为行业首创，是1-5线的1.46倍，6-9线的1.2倍，同时各种组成部件随之优化改进，辊体相应加粗加长加重，平时生产中检修更换最多的是托辊，目前1-9线检修，辊体轻，主要为人工使用吊装带更换，随着生产线的加大，单体设备的加大加重，这种简易的吊装，人工劳动强度大，安全性低，已不能满足需要。重新摸索研究新的检修方法，势在必行。
1.辊体结构特点
三公司精炼机托辊结构为中间厚壁管，外陈一层耐酸碱腐蚀的胶板，两端圆钢轴头与之烘装在一起，直径由原来的300mm加粗到420mm，辊体总长5400mm，重量达到2.4吨，其上有Φ650上压辊，压辊与托辊间为输送纤维的精炼机网带，一侧为精炼机立柱，另一侧有支撑网带托架的小立柱，下面左右是集液槽，前后有气缸、轴承座、减速机等，运行中，在托辊与压辊上下间的网带载一定厚度带有酸碱浴液的纤维，通过气缸使压辊向下施压，减速机带动托辊与压辊相向转动使网带上纤维中的浴液得到在线挤压、清洗，挤出液体落于下面的集液槽中。托辊长期在高压及腐蚀液体中运转，表面陈胶层较容易与碳鋼本体分离脱落，这时就要及时检修更换避免造成纤维产品质量的不均匀。托辊立面结构位置附图1示意。各部件结构紧凑，操作空间狭小。
现状1：普通位置托辊：南北方向距离大于辊体长度，空间位置充足，辊体可直接整体横向南北移出。
思路1：根据三公司精炼机普通位置托辊的结构、位置特点，设计固定导轨，单体移动辊体的方案，绘制图纸进行移动演示，对空间位置按实际比例进行模拟，不影响各部件相对位置的前提下，设计工装胎具滑动式小车，辅助完成。附图3托辊移动示意图。
实施方案1：
步骤1.1：停车后，掀开精炼机上盖，气缸抬起上面大压辊，松开网带张紧辊，使网带松开，利用精炼机上方的纵向吊轨用吊装带捆绑托辊两端轴头，托辊向上连带网带吊起，拆除下轴承支座。
步骤1.2：将设计制作好的固定式托架导轨横向进入精炼机，两端借用原轴承支座的螺栓孔安装固定在精炼机两侧的横梁上，将设计制作的两件托辊滑动式小车，两端各为2个轴承滚轮安装到托架导轨两侧，半圆弧支架与辊体外圆配套使辊体稳稳固定于小车中，注意托架上要衬上一层橡胶板，防止辊体磕碰保护外陈胶层及横向窜动，同时精调整两件托架导轨的间距，保证托辊滑动小车整体移动不卡顿、不脱轨。胎具示意位置附图4。
步骤1.3：托辊下降高度与网带分离，卧于托辊小车的半圆弧支架中，托辊牵引端轴头捆绑钢丝绳，随滑动式小车整体配合3吨手拉葫芦进行横向移动，精炼机外侧轨道采用承插式延长，避免焊接带来的应力与变形，同时减小整体式导轨重量，方便装拆，设计制作移动式接辊平台，使机内外导轨跨过检修平台，连贯成整体轨道，托辊从精炼机内滑出到平台后，用预先等待的3吨叉车，从高处运下，经安全通道放置到指定存放区域。
步骤1.4：新辊体的回装与旧辊体的拆除步骤相反，注意期间注意辊体的保护，避免磕碰。
自制工装卡具有一定的安全风险，为此我们查找资料对结构进行了严格的整体计算校核强度和挠度，有效保证检修的安全快捷。
将主要承重托架导轨进行刚度和强度的计算示例如下：
已知托架导轨为Q235材质，选用16号热轧工字钢，跨度4500mm，作用在单导轨上的力P=12000N，将托架导轨的受力情况简化为中间均等分受两个力的简支梁，设定a=50cm，b=50cm。
托架导轨的挠度计算：
根据《机械设计手册》P1-131
托架导轨的最大挠度：
挠度与长度之比：
0.6419/450=1/701<（1/1000～1/500）
综上，挠度与长度比在允许范围之内，托架导轨满足刚度要求。
托架导轨的强度计算
根据《机械设计手册》P1-131
托架导轨的最大弯矩：
Mp=Pa=12000×50=600000N
查《机械设计手册》P3-114
16号工字钢的X方向截面系数W=Wx=141cm3
δmax=Mp/W=600000/141=4255.3N/cm2
δmax=4255.3N/cm2≈42.6MPa
托架导轨采用Q235钢材，基本许用应力为190MPa
许用应力：
δp=δjp/K 其中K为折减安全系数，一般选1.3
δp=δjp/K=190MPa/1.3=146.2MPa
综上，δmax≈42.6MPa<δp=146.2MPa，导轨满足强度要求。
通过计算校核，所选托架导轨16号工字钢在精炼机托辊检修更换中满足刚度和强度要求，选用安全合格。
现状2：对柱托辊更换：正对前方有2000mm宽承重柱，且轴头距柱子只有3870mm，小于辊子长度，无法直接横向南北移出，更换难度加大，如图2。
思路2：托辊向精炼机上方抬起移出精炼机后，再将托辊向一边移动到一定空间，使辊体横向移出。
实施方案2：断开精炼机网带向上移出精炼机，拆除大压辊与下托辊分别纵向移动到柱子旁边位置，然后横向整体移出。
实施方案缺陷2：向上移出需解除断开精炼机网带，由于三公司网带宽度大，承载重，网带拉伸变形较大，网带拆装都会困难，此方案需将上面完好的大压辊也一同拆装，工作量加大一倍以上，且现精炼机上方只有纵向吊轨，横向移出，只能人工操作斜拉，人工劳动强度大且安全上不允许。
思路3：整体设计采用往气缸一边移动1米以上距离，足够使辊体可以横向移出，再采用普通辊体方案1移出辊体。
实施方案3：
步骤3.1：停车后，将气缸右侧的整体式小立柱附图5改进为上下螺栓连接分体式附图6，并在原有基础上增加一根网带托架横撑（上），网带托架横撑（上）与小立柱（上）连接、原有网带托架横撑（下）与小立柱（下）连接，小立柱（上）、（下）连接，运行时网带上纤维运行重量大，上、下横撑共同托起网带托架支撑。
步骤3.2：更换下托辊时，掀开精炼机上盖，抬起上面大压辊，辊向上吊起，拆除下轴承支座，托辊下降高度与网带分离。
步骤3.3：气缸放下上压辊，拆除气缸，并将横撑（下）与小立柱（下）拆除，空载不带料，承重轻，用网带托架横撑（上）与小立柱（上）对网带托架进行支撑，留出托辊纵向平移空间，下托辊纵向右移到距原托辊位置约1米处。
步骤3.4：插入固定式托架导轨，托架借助小立柱与精炼机横梁连接孔进行固定安装，托辊滑动式小车安装到托架上调整好，以下更换步骤和方案1相同。
2.实施效果
通过对不同位置托辊检修方案的现场分析、试验论证及实际应用，成功实现了三公司精炼机大型压辊顺利安全检修，降低了工人劳动强度，提高了检修效率。
参考文献
1.成大先主编.《机械设计手册》.第四版.北京.化学工业出版社.2002年1月.1-131，3-114
作者简介：
胡军玲，女，1977年6月，汉族，河北工业大学机械设计制造及其自动化，唐山三友集团远达纤维有限公司，主任工程师，机电工程师，主要从事机械制造工作。