趙立冬

（天津天鐵冶金集團(tuán)熱軋板有限公司，河北涉縣 056404）

熱軋精軋機(jī)鼓型齒接軸故障分析與改造

趙立冬

（天津天鐵冶金集團(tuán)熱軋板有限公司，河北涉縣 056404）

針對天鐵熱軋帶鋼生產(chǎn)線的精軋機(jī)主傳動鼓型齒接軸存在的設(shè)計缺陷，對運(yùn)行中出現(xiàn)的接軸漏油、接軸輥端軸承抱死、接軸軸端給油環(huán)抱死、接軸連桿斷裂等故障原因進(jìn)行了分析。經(jīng)改造，接軸故障率明顯降低。同時，將精軋機(jī)稀油潤滑式接軸改為干油潤滑式接軸，其故障率明顯降低，滿足了精軋階段軋制的工藝要求，使用效果良好。

熱軋 精軋機(jī) 接軸 故障 改造

1 引言

天鐵熱軋板有限公司軋鋼生產(chǎn)線共配備7架四輥精軋機(jī)，均為不可逆全液壓軋機(jī)。精軋機(jī)設(shè)備是軋線中的主要設(shè)備之一，處于軋線的中部，位于精除鱗箱之后，其后接熱輸出輥道、層流冷卻。其作用是將中間坯軋制為設(shè)計厚度、寬度的成品帶鋼，精軋機(jī)鼓型齒接軸設(shè)備安裝在精軋機(jī)傳動側(cè)，其主要作用就是為工作輥提供軋制所需的動力和運(yùn)動。實際生產(chǎn)中的每一臺設(shè)備都有自己的特點，即使是同一廠家、型號的設(shè)備，由于系統(tǒng)設(shè)計、制造、安裝、輔機(jī)配套等方面的原因，設(shè)備都存在差異。投產(chǎn)以后精軋機(jī)接軸雖然沒有達(dá)到正常使用周期，但接軸設(shè)備故障頻繁，且一直得不到徹底有效解決，直接影響了軋線的正常生產(chǎn)。為此，對熱軋精軋機(jī)鼓型齒接軸系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)改造。

2 鼓型齒接軸故障分析與改造

2.1 設(shè)備組成與原理

精軋機(jī)組軋制力矩較大，同時受速度和軋輥回轉(zhuǎn)直徑限制，采用一般的萬向聯(lián)軸器作為精軋主傳動軸已不能滿足傳遞的轉(zhuǎn)矩需要，且由于接軸擺角較小，因此國內(nèi)都大多數(shù)采用帶強(qiáng)制性稀油潤滑的鼓形齒式接軸帶動上下工作輥轉(zhuǎn)動進(jìn)行軋制工作。稀油潤滑式鼓型齒接軸主要由扁頭套、回油環(huán)、中間軸、給油環(huán)、軸端內(nèi)齒圈、軸端外齒套、連桿裝配等部件組成。每個精軋機(jī)架2根鼓型齒接軸為一套，上下軸可互換使用。接軸傳動原理見圖1。

圖1 接軸傳動原理圖

2.2 存在的故障

隨著帶鋼生產(chǎn)節(jié)奏的加快及產(chǎn)量的逐步提高，投產(chǎn)以來，精軋機(jī)鼓型齒接軸突發(fā)了很多故障，存在的典型故障是：（1）接軸漏油；（2）接軸輥端軸承抱死故障；（3）接軸軸端給油環(huán)抱死故障；（4）接軸連桿斷裂故障。

2.3 故障分析與改造

2.3.1 漏油故障與改造

2.3.1.1 故障分析

由于接軸扁頭處密封設(shè)計不合理，系統(tǒng)通油后經(jīng)常從此處漏油；另外，由于回油環(huán)處密封設(shè)計缺陷，接軸正常旋轉(zhuǎn)工作時經(jīng)常從此處甩油；接軸漏油會造成潤滑油成本增加，致使精軋機(jī)前、機(jī)后主傳動潤滑站需定期補(bǔ)油，如果大量泄漏也會對軋機(jī)下面的水系統(tǒng)造成不同程度的污染。

2.3.1.2 改造措施

扁頭側(cè)漏油改造措施：扁頭套和內(nèi)部平面密封不好，重新加端面密封條，涂密封膠，上機(jī)使用后漏油現(xiàn)象明顯減少。

回油環(huán)端（扁頭側(cè)）VD封處漏油改造措施：針對在線接軸VD封使用一段時間就脫落損壞的現(xiàn)象，建議從接軸內(nèi)部稀油潤滑系統(tǒng)原理考慮，重新改進(jìn)密封安裝位置，選用優(yōu)質(zhì)密封材料，增加密封的耐磨、防腐性能和使用壽命，經(jīng)試驗使用聚氨酯密封效果很好。由于是動密封形式，所以VD封面配合的軸環(huán)接觸表面光潔度要好，以免增加阻力，加快密封磨損。下線修復(fù)接軸按此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行后，上線使用漏油現(xiàn)象明顯改善，但仍沒有徹底解決，還需要進(jìn)一步改進(jìn)處理。此外，在滿足軸承潤滑油量的前提下，建議改造回油管路，同時把回油管改成透明膠管，點檢時可以觀察回油情況控制好進(jìn)油量，盡可能地減少稀油泄漏量。

2.3.2 接軸輥端軸承抱死故障與改造

2.3.2.1 故障分析

鼓型齒接軸回油環(huán)段內(nèi)部有超薄軸承，因接油盒在整個精軋機(jī)接軸傳動部件中是浮動的，依靠軸承連接軸體上，根據(jù)回油環(huán)端回轉(zhuǎn)特點，鼓形齒接軸輥端集油罩部位軸承選用非標(biāo)超薄軸承。造成軸承抱死的原因：一是稀油潤滑系統(tǒng)停機(jī)斷路，缺油使軸承發(fā)熱造成軸承損壞抱死；二是軸承本身質(zhì)量問題；三是設(shè)計存在缺陷，即將進(jìn)油閥門開到最大位置，稀油潤滑也不暢，從而引起軸承抱死。根據(jù)輥端回油環(huán)與內(nèi)部軸承結(jié)構(gòu)圖分析及對下線接軸解體發(fā)現(xiàn)：稀油長期循環(huán)不暢造成軸承抱死，因新接軸備件回油環(huán)內(nèi)為雙支撐軸承，雙軸承甩油環(huán)側(cè)擋板角度小，回油量小，加之兩列超薄軸承，因此必須保證合適量的稀油供給才能保證潤滑和冷卻作用。

2.3.2.2 改造措施

把軸承甩油環(huán)側(cè)擋板加大倒角，同時在雙軸承另一側(cè)加設(shè)一處潤滑點，以便利于雙軸承潤滑良好；重新考慮扁頭側(cè)端面密封的形式，以防冷卻水進(jìn)入油路。改造后，進(jìn)油閥門只要調(diào)到合適位置就能滿足軸承處的稀油供給，使因潤滑不暢造成的軸承故障得以解決。需要注意的是，接軸下線修復(fù)時必須要求檢查鑒定超薄軸承是否還能繼續(xù)使用，若檢測到有磨損或損傷則必須更換新軸承。鼓型齒接軸回油環(huán)端超薄軸承潤滑原理見圖2。

圖2 接軸超薄軸承潤滑原理圖

2.3.3 軸端給油環(huán)抱死故障與改造

2.3.3.1 故障分析

鼓型齒接軸原給油環(huán)材質(zhì)為全銅的，與接軸本體滑動接觸。將油環(huán)端（包括連桿裝配）設(shè)在一個封閉的盛油箱內(nèi)，甩出的稀油聚集在接油箱內(nèi)，能夠循環(huán)利用。造成軸端給油環(huán)抱死的原因是銅材質(zhì)給油環(huán)原內(nèi)徑設(shè)計尺寸小，會造成給油環(huán)和軸配合間隙過小而發(fā)生抱死。

2.3.3.2 改造措施

根據(jù)實際工況條件，考慮支承環(huán)的材質(zhì)和軸材質(zhì)不同，膨脹系數(shù)變化大小不同，分析確定措施，將全銅支撐環(huán)內(nèi)徑尺寸加大0.60 mm，增大和軸的配合間隙，滿足膨脹變化要求，改造后的銅給油應(yīng)用效果很好，未發(fā)生因間隙不合理而抱死的現(xiàn)象。

此外，后期備件改造成本體為鑄鋼、內(nèi)徑鍍一定厚度的銅合金材料的給油環(huán)，相比全銅給油環(huán)，內(nèi)徑鍍銅備件費(fèi)用要低一些，從后期現(xiàn)場使用效果反映也很好，發(fā)生抱死現(xiàn)象很少。此外，其他軋鋼廠嘗試改進(jìn)的剖分式結(jié)構(gòu)的給油環(huán)也是一種很好的參考，有利于在停機(jī)時間很短的情況下快速臨時處理給油環(huán)抱死事故。此外，達(dá)到使用周期的接軸下線修復(fù)必須按要求檢查鑒定給油環(huán)是否還能繼續(xù)使用，若檢測有磨損或損傷，則必須更換新給油環(huán)。

2.3.4 接軸連桿故障與改造

2.3.4.1 故障分析

剛投產(chǎn)后，由于連桿設(shè)計缺陷，軸端連桿在接軸竄輥過程中和設(shè)備干涉，經(jīng)常造成連桿彎曲變形或者從連桿頭與接管焊接處開焊斷裂，竄輥量無法滿足工藝使用要求，設(shè)備不能正常投用，影響了帶鋼質(zhì)量。通過對現(xiàn)場接軸運(yùn)轉(zhuǎn)時細(xì)致的觀察研究分析，發(fā)現(xiàn)連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計不合理，接軸竄輥動作時引起連桿和接軸干涉，干涉力很大，從而使連桿彎曲變形或從焊接處斷裂。

2.3.4.2 改造措施

對連桿長度重新進(jìn)行校核計算，發(fā)現(xiàn)原軸端連桿設(shè)計尺寸長，必須將尺寸改短，而且連桿頭一角和接軸本體產(chǎn)生干涉，必須把一角加工去掉；現(xiàn)場按照校核后尺寸將上下連桿改短，上機(jī)使用后，沒有出現(xiàn)因干涉造成的連桿彎曲斷裂事故，接軸竄輥量也基本達(dá)到設(shè)計要求。在線接軸輥端連桿基本滿足設(shè)計要求，主要是對軸端連桿進(jìn)行了改進(jìn)，后期備件基本按改進(jìn)后圖紙標(biāo)準(zhǔn)訂貨。連桿裝配常用的易損件是銅套和銷軸，若磨損，則應(yīng)定期檢查更換。此外，中間銷軸的鎖緊螺釘和接軸上下軸端端擋板也應(yīng)加強(qiáng)點檢，防止脫落造成連桿損壞。因此，手動干油處也應(yīng)定期加油，保證各關(guān)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)靈活。

3 精軋機(jī)稀油式接軸改為干油式接軸的改造

3.1 改造背景

精軋機(jī)稀油式鼓型齒接軸由于設(shè)計及制造裝配等原因，設(shè)備上線后，不斷有一些新的問題出現(xiàn)，特別是后幾架軋機(jī)稀油式接軸故障頻繁。雖然以上4種典型故障通過改造后有了一定改善，故障率略有降低，但隨著帶鋼生產(chǎn)節(jié)奏加快、產(chǎn)量逐步提高，設(shè)備使用周期的加長和設(shè)備本身的劣化，接軸突發(fā)故障仍然不時發(fā)生，而且接軸故障綜合表現(xiàn)仍為接軸本體震動、給油環(huán)抱死、輥端軸承損壞、漏油、生產(chǎn)中連桿斷裂、竄輥功能投用不好、竄輥量達(dá)不到等，給正常生產(chǎn)造成了一定的影響。

3.2 改造措施

針對稀油形式接軸的故障特點，從鼓型齒接軸的結(jié)構(gòu)組成、特點、設(shè)計缺陷和現(xiàn)場實際應(yīng)用情況入手，仔細(xì)分析各故障原因，根據(jù)對稀油潤滑式接軸的改造實踐，嘗試了一種全新的潤滑方式的整體改造，把精軋接軸由稀油潤滑方式改為干油潤滑方式，即在設(shè)備結(jié)構(gòu)組成上去掉連桿裝配、給油環(huán)、回油環(huán)、超薄軸承及稀油供給等附件。預(yù)計改造后接軸震動、給油環(huán)抱死、輥端軸承損壞、漏油、連桿經(jīng)常斷裂、竄輥功能投用不好、竄輥量達(dá)不到等問題將得到解決。改造過程中要嚴(yán)把裝配質(zhì)量關(guān)，確保上機(jī)接軸使用性能，從根本上達(dá)到減少接軸故障率、節(jié)省稀油耗費(fèi)和其他備件費(fèi)用的目的。

3.3 改造過程

精軋接軸由稀油潤滑方式改為干油潤滑方式，經(jīng)過現(xiàn)場技術(shù)人員、設(shè)備點檢員一起對實際備件測量和原圖紙討論分析，確定改造方案，設(shè)計法蘭密封壓蓋封干油，特別是軸端法蘭密封設(shè)計既要滿足軸向竄動，又要滿足密封干油要求，在壓蓋上設(shè)計專用干油潤滑孔，利用停機(jī)檢修時間定期手動加注干油，根據(jù)現(xiàn)場實測設(shè)計成填料密封及壓蓋，方便拆卸和更換填料密封。初期設(shè)計成填毛氈加VD封組合形式。計劃對精軋后三架軋機(jī)接軸改造試驗，計劃先期在F5接軸進(jìn)行試用，2011年10月，F(xiàn)5改造圖紙設(shè)計完畢，委托機(jī)械廠加工制作，加工件到達(dá)現(xiàn)場后對F5離線備件進(jìn)行解體改造（上下共兩根），之后進(jìn)行密封、密封法蘭及壓蓋組裝，2011年11月，利用長時間檢修機(jī)會上線。

3.4 改造效果

上機(jī)運(yùn)行期間定期加注干油，檢測接軸運(yùn)轉(zhuǎn)情況，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行狀況良好，竄輥功能投用可滿足工藝要求，每2個月利用定修時間解體齒輪機(jī)座端鼓型齒觀察齒磨損情況。特別要注意的是，接軸使用時的振動情況及竄輥功能投用情況，還有下線后鼓型齒齒面的磨損以及齒輪機(jī)座外花鍵齒的磨損情況。通過以上觀察和檢測，最后擬定更換周期，根據(jù)本批接軸備件質(zhì)量特點，更換周期可根據(jù)改造上線與在線檢查情況暫定為半年一更換。

4 結(jié)語

通過一系列有針對性的改造，精軋機(jī)帶強(qiáng)制稀油潤滑式鼓型齒接軸故障率明顯降低，而且大大降低了工人的勞動強(qiáng)度。對稀油潤滑式鼓型齒接軸的創(chuàng)新性改造探索，取得了良好的使用效果，徹底解決了因設(shè)計缺陷和其他原因引起的精軋機(jī)鼓型齒接軸故障，確保了精軋機(jī)接軸設(shè)備的各項功能投用。

[1]鄒家祥.冶金機(jī)械設(shè)計理論[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1998.

[2]張景進(jìn).熱連軋帶鋼生產(chǎn)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[3]趙家駿.熱軋帶鋼生產(chǎn)知識問答[M].2版.北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[4]李應(yīng)強(qiáng).冶金生產(chǎn)工藝及設(shè)備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1998.

Analysis and Revamp of Finishing Mill Drum Gear Coupling Failure at Tiantie Hot Rolling Mill

Zhao Lidong

(Hot Rolling Plate Company Limited,Tianjin Tiantie Metallurgy Group,She County,Hebei Province 056404,China)

Aiming at the design defect of main drive drum gear coupling of finishing mill at Tiantie Hot Rolling Strip Mill,the author analyzes the causes of failures of coupling leakage, bearing seizure at coupling roll end,flinger seizure at coupling shaft end and coupling rod breakage.Modification was executed and coupling fault rate dropped substantially.Meanwhile coupling lubrication was changed from oil type to grease type, which fundamentally solves the critical problem restraining production equipment.The process requirement at finishing phase was met and effect good.

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趙立冬，男，工程師，2001年畢業(yè)于鞍山鋼鐵學(xué)院機(jī)械制造工藝與設(shè)備專業(yè)，現(xiàn)于天鐵集團(tuán)熱軋板有限公司從事軋鋼設(shè)備技術(shù)管理與現(xiàn)場設(shè)備檢修維護(hù)工作。

（收稿 2012－04－07 編輯 潘娜）