盧強波

(寧波鋼鐵有限公司 浙江寧波315807)

1 前言

寧鋼1780mm熱軋線于2006年投產，F1-F7精軋機配置有7架四輥軋機，均為不可逆全液壓軋機。精軋機組主傳動系統前機架軋機由電機、主減速機、聯軸器、齒輪機座和鼓形齒接軸組成，后機架軋機由電機、聯軸器、齒輪機座和鼓形齒接軸組成。鼓形齒接軸因為其平衡好、傳動噪聲小、傳遞效率高、承載能力強，并允許主軸在軸線方向有一定位移量等優(yōu)點，在精軋機上應用較廣泛，寧鋼精軋機主傳動也采用稀油潤滑的鼓形齒接軸，自上線以后，軋機接軸存在漏油或銅套燒死等故障頻發(fā)的現象，成為精軋區(qū)域故障高發(fā)點，對全廠的生產順行造成較大影響[1]。

2 鼓形齒的結構原理與存在的故障

2.1鼓形齒接軸結構簡析

精軋機鼓形齒接軸總成結構如圖1，主要由軸端組件、齒端組件、軸組件、軸端拉桿組件和齒端拉桿組件組成，當動力從軸端扁頭套輸入進來時，相應的鼓形齒依次隨之轉動，同時內外齒沿著齒面曲線擺動，從而實現扭矩傳輸并同時滿足擺角調整要求。主傳動接軸嚙合齒面采用承載能力高的滲碳淬火齒，采用強制稀油潤滑方式，潤滑油通過齒端拉桿組件和進油環(huán)進入主軸中心孔后分為兩路，一路潤滑油順著中心孔經由噴嘴流至輥端組件中，實現對輥端鼓型齒和頂塊的潤滑，油經過油盒組件和齒端拉桿組件回油箱；另一路順著中心孔經由噴嘴流至齒端組件中，實現對齒端鼓型齒和頂塊的潤滑，潤滑油通過齒端組件后經集油罩回油箱[2]。

圖1 精軋機鼓形齒接軸總成結構

2.2原傳動軸存在典型故障與原因分析

寧鋼1780熱軋線自調試投產以來，隨著生產線軋制節(jié)奏逐步提高，軋制規(guī)格越來越多，精軋機主傳動軸負荷越來越高，接軸突發(fā)性故障也越來越多，出現的典型故障有[3][4]：(1)鼓形齒接軸軸端組件聯結盤與輥端軸套結合處漏油故障；(2)鼓形齒接軸進油環(huán)抱死故障；(3)鼓形齒接軸輥端回油盒軸承損壞故障；(4)鼓形齒接軸軸端拉桿組件同步連桿斷裂損壞。

2.2.1軸端組件聯結盤與輥端軸套結合處漏油故障與原因分析

軸端組件聯結盤與輥端軸套密封結構詳見圖2，原設計此處采用端面密封的結構型式，由于密封設計不合理，隨著精軋機鼓形齒接軸的使用，扁頭處的尺寸出現不同程度的磨損，尤其是輥端軸套頭部的擋套內孔磨損后，造成工作輥安裝在接軸扁頭內部后接觸聯接盤，聯接盤受力造成扁頭內部聯接盤固定螺栓松動，甚至因螺紋損壞而造成脫落現象，出現聯接盤松動，密封效果下降，接軸使用一段時間后經常從此處漏油，會造成潤滑油成本增加，致使精軋機前、機后主傳動潤滑站需定期補油，如果大量泄漏也會對軋機下面的水系統造成不同程度的污染。

2.2.2故障原因分析

鼓形齒接軸供油管路在靠近齒輪機座端的進油環(huán)供給，原設計進油環(huán)材質為鑄鋼內部鑲嵌銅套的結構，由于鼓形齒接軸轉動造成的進油環(huán)端面與固定裝置產生摩擦，使用過程中發(fā)現不同材質摩擦產生熱量后造成熱脹量不同，造成進油環(huán)與接軸本體之間的間隙減小，無法形成有效的油膜，造成進油環(huán)抱死損壞；同時接軸本體為滑動接觸，長時間使用后，端面與油環(huán)內部接觸面出現磨損，進油環(huán)兩端面泄漏量增加，造成潤滑油在內部接觸面較少，局部出現無油現象，高速轉動時導致摩擦過熱，使進油環(huán)內部尺寸減少，油環(huán)抱死，同樣造成故障停軋。

圖2 軸端組件聯結盤與輥端軸套密封結構型式

2.2.3輥端回油盒軸承損壞故障與原因分析

原來鼓形齒接軸輥端回油盒結構如圖3所示，潤滑油通過進油環(huán)接到傳動軸內后，通過主軸中心孔向兩側鼓形齒供油，電機側鼓形齒的潤滑油通過鼓形齒后直接流回固定的集油箱，而輥側的鼓形齒，因為該處擺動范圍大，冷卻水量大不易密封等原因，無法設置固定式集油箱，只能在扁頭套總成一個集油罩，再在集油罩上連接回油管路。集油罩通過軸承支撐在扁頭套延伸筒上并通過連桿相連以保持相對固定。 輥端扁頭套因其接近負載，振動較大，而接在接油盒上的回油管也隨著主軸旋轉時扁頭套的偏擺而交變拉拽沖擊集油罩，導致集油罩及軸承故障率較高[5][6]。集油罩軸承為深溝球軸承，使用6個月左右時間后，內圈與外圈出現磨損，軸承游隙變大，油盒晃動現象嚴重，尤其在機架升降速的瞬間更為嚴重，長時間運行后，造成軸承損壞，油盒抱死現象。

圖3 鼓形齒接軸輥端回油盒結構

2.2.4輥端和軸端拉桿組件同步連桿斷裂損壞故障與原因分析

自投產以來，輥端和軸端輥端和軸端經常出現故障，主要現象為同步連桿彎曲變形或者在同步連桿與連桿頭焊口處開焊斷裂，回油盒無法轉動，設備不能正常投用，影響正常的軋制生產。原同步連桿結構型式如圖4所示，通過對現場接軸正常運轉時的觀察和對同步連桿作用原理的研究分析，發(fā)現連桿設計存在設計缺陷，具體為：(1)同步連桿3個連接轉動部位無潤滑點，為機械摩擦，造成間隙過小出現卡阻或抱死的現象，同步連桿在竄輥時損壞。(2)設計是未考慮同步連桿重量，造成回油盒始終承受不平衡力，致油盒損壞后，同步連桿兩端銷軸受力不平行，產生受力夾角，使同步連桿損壞。(3)在使用最小工作輥輥徑和最大竄輥時，連桿中間鉸接處出現干涉現象， 而且干涉力較大，從而造成同步器連桿彎曲變形及焊接處斷裂故障。

3 鼓形齒改進措施

3.1軸端組件聯結盤與輥端軸套結合處密封改進

將軸端組件聯結盤與輥端軸套結合處的密封由端面密封改為軸向密封，即在聯結盤的外圓設置一道密封槽，可以解決因聯結盤與輥端軸套之間的間隙而引起的漏油問題，改進后的密封結構型式詳見圖5。

3.2鼓形齒接軸進油環(huán)改進

改進進油環(huán)材質，保證潤滑供油充足，嚴格控制進油環(huán)與支撐環(huán)之間的間隙，并將間隙由設計值(在0.3～0.4mm之間)調整控制為0.8-1.0mm，防止抱死。原設計進油環(huán)材質為鑄鋼內部鑲嵌銅套的結構，由于受熱后造成熱漲量不同，造成進油環(huán)抱死損壞，根據上述現象，將進油環(huán)材質改為整體鑄銅，保證熱膨脹量相同，同時，銅材質本身起一定的潤滑效果，材質改變后可以有效的減少進油環(huán)故障。

圖4 同步連桿結構型式

圖5 聯結盤與輥端軸套改進后密封結構型式

3.3軸輥端回油盒改進

軸輥端回油盒抱死和輥端拉桿組件同步連桿斷裂故障頻繁，故對其回油油路進行改造，取消了軸輥端回油盒，在主軸本體上鉆了2個孔作為回油通道，回油油路改造后的鼓形齒接軸(如圖6所示)。潤滑油經過進油環(huán)進入接軸后，通過主軸中心孔向輥端軸套內的鼓形齒處供油提供潤滑，隨后潤滑油進入橡膠套內，最后經主軸本體新增加的油孔向齒輪機座側回油，回油流經齒輪機座側的鼓形齒和齒套之間的空間流向保護集油罩內，最終通過回油管路回到油站油箱。 這樣結構取消的回油盒裝置以及輥端拉桿組件， 同時實現接軸內部鼓形齒的帶壓潤滑，保證了接軸鼓形齒部位的潤滑效果，避免了輥端回油盒裝置深溝球軸承損壞和輥端拉桿組件同步連桿斷裂造成的故障停機。

圖6 回油油路改造后的鼓形齒接軸

3.4拉桿組件同步連桿改進

拉桿組件中的連桿安裝軸堆焊3-4mm鋁青銅，連桿中間軸采用厚壁管打坡口焊接軸承頭鍛造時加大尺寸，在鍛件上加工沉臺，連桿插入焊接，力量靠軸承頭本體及焊縫承受，提高承壓強度。通過這兩個措施的落實，有效提高了連桿聯接可靠性，未再發(fā)生過連桿脫落故障。

4 結論

通過對精軋機鼓形齒接軸一系列有針對性的結構改進，對稀油潤滑式鼓型齒接軸的改造探索，取得了良好的使用效果，徹底解決了因設計缺陷和其他原因引起的精軋機鼓型齒接軸故障，近幾年再未發(fā)生因精軋機鼓形齒接軸故障而停機，確保了精軋機接軸設備的各項功能投用。