供稿|葛強(qiáng) / GE Qiang

內(nèi)容導(dǎo)讀

特鋼廠軋鋼車間小棒磨切鋸組如果在生產(chǎn)中出現(xiàn)故障，將嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，輕則打亂生產(chǎn)計(jì)劃，重則會(huì)導(dǎo)致停機(jī)無(wú)法生產(chǎn)。該套設(shè)備投產(chǎn)使用以來(lái)一直處于不良工作狀態(tài)，給生產(chǎn)帶來(lái)較大的損失。本文通過(guò)對(duì)800軋線小棒鋸及其附屬設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式及工作原理進(jìn)行分析，找出小棒鋸在使用過(guò)程中故障頻發(fā)點(diǎn)，采取有效措施：減速機(jī)傳動(dòng)軸的加固及潤(rùn)滑方式的改進(jìn)延長(zhǎng)減速機(jī)的使用壽命；液壓缸的改進(jìn)提高活塞桿的抗彎強(qiáng)度；改變液壓缸位置降低爆鋸片及鋸渣對(duì)鋸片的影響；并對(duì)設(shè)備及切削過(guò)程優(yōu)化，從而提高小棒鋸的開(kāi)動(dòng)率，為小棒生產(chǎn)線的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

本鋼特鋼廠軋鋼車間小棒磨切鋸組是整條軋線系統(tǒng)中最重要的部分之一。如果小棒磨切鋸組在生產(chǎn)中出現(xiàn)故障，將嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)，輕則打亂生產(chǎn)計(jì)劃，重則會(huì)導(dǎo)致停機(jī)無(wú)法生產(chǎn)。而該套設(shè)備投產(chǎn)使用以來(lái)一直處于不良工作狀態(tài)，給生產(chǎn)帶來(lái)較大的損失。從過(guò)去5年小棒生產(chǎn)報(bào)表來(lái)看，小棒鋸區(qū)的熱停機(jī)占總熱停機(jī)50%以上，嚴(yán)重影響小棒生產(chǎn)線產(chǎn)能的釋放。

通過(guò)對(duì)故障頻發(fā)點(diǎn)的分析，整體可分為：設(shè)備熱停機(jī)——夾緊裝置及減速機(jī)的損壞；生產(chǎn)熱停機(jī)——鋸片的損壞。針對(duì)以上問(wèn)題，分別從設(shè)備設(shè)計(jì)缺陷及生產(chǎn)過(guò)程兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)，保障生產(chǎn)順利進(jìn)行。

小棒鋸故障點(diǎn)分析

通過(guò)對(duì)2013年小棒鋸故障熱停機(jī)統(tǒng)計(jì)分析可知：設(shè)備熱停機(jī)占78%，導(dǎo)致直接減產(chǎn)5000 t；生產(chǎn)熱停機(jī)占22%，其中由于設(shè)備設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致爆鋸片占生產(chǎn)熱停機(jī)75%。不難看出，設(shè)備是否完好、設(shè)計(jì)是否合理是生產(chǎn)能否順利進(jìn)行的重要保障，如果設(shè)備故障率得到有效控制，那么小棒生產(chǎn)線的產(chǎn)量將有質(zhì)的飛躍。

設(shè)備熱停機(jī)可以分為機(jī)械熱停機(jī)和電氣熱停機(jī)(如圖1所示)。由圖1可見(jiàn)，機(jī)械熱停機(jī)占78%，電氣熱停機(jī)占22%。減速機(jī)和夾緊裝置熱停機(jī)占總熱停機(jī)66%，控制住這兩項(xiàng)就可以大幅降低熱停機(jī)時(shí)間。減速機(jī)故障主要是潤(rùn)滑方式問(wèn)題，設(shè)備在初始設(shè)計(jì)中沒(méi)有充分考慮到鋸切工況的惡劣性。小棒鋸?qiáng)A緊裝置故障頻發(fā)主要集中在：生產(chǎn)φ38～φ50 mm棒材時(shí)側(cè)夾緊液壓缸脫離運(yùn)行軌跡，缸頭翹起使其彎曲變形從而無(wú)法正常使用；上夾緊升起不到位，棒材無(wú)法正常通過(guò)，撞壞夾緊裝置。

生產(chǎn)熱停機(jī)主要是爆鋸片。爆鋸片的原因可分為設(shè)備影響、鋸片質(zhì)量、安裝操作三方面，其中設(shè)備影響主要是上下夾緊壓力匹配不穩(wěn)導(dǎo)致鋸片在切斷過(guò)程中發(fā)生爆裂。

綜上所述，如果減速機(jī)及夾緊問(wèn)題得以解決，那么小棒鋸區(qū)的熱停機(jī)必然會(huì)大幅下降。

圖 1 設(shè)備熱停機(jī)分布

裝置組成及原理

減速機(jī)

小棒鋸減速機(jī)主要由4根傳動(dòng)軸、1組傘齒輪副、2組斜齒輪、潤(rùn)滑系統(tǒng)及箱體組成，主要完成傳動(dòng)比為1.3:1的增速運(yùn)轉(zhuǎn)。

夾緊裝置

夾緊裝置主要由夾緊裝置框架、2對(duì)上夾緊(4個(gè)液壓缸)、2對(duì)下夾緊(8個(gè)液壓缸)、1對(duì)側(cè)夾緊(2個(gè)液壓缸)組成。夾緊裝置驅(qū)動(dòng)形式為液壓驅(qū)動(dòng)，使用SIEMENS PLC400控制系統(tǒng)。動(dòng)作順序?yàn)椋焊鶕?jù)訂貨商提供的棒材尺寸要求，通過(guò)液壓馬達(dá)動(dòng)作將整個(gè)夾緊裝置及小棒鋸調(diào)整到合理的位置，鎖緊液壓缸鎖緊后，小棒鋸進(jìn)入正常動(dòng)作的等待狀態(tài)，等鋼棒到達(dá)預(yù)切長(zhǎng)度時(shí)：輥道停止轉(zhuǎn)動(dòng)—下夾緊上升—上夾緊下降—側(cè)夾緊推出，然后在等待位的小棒鋸開(kāi)始切鋼，等切斷鋼后：側(cè)夾緊收回—上夾緊上升—下夾緊降下，小棒鋸?fù)嘶氐却?，完成一次?dòng)作。其中動(dòng)作指令由接近開(kāi)關(guān)及位移傳感器控制。

存在問(wèn)題及改進(jìn)措施

減速機(jī)

存在問(wèn)題

(1)傘齒輪副損壞。輪齒折斷：輪齒單側(cè)工作時(shí)，根部彎曲應(yīng)力一側(cè)為拉伸，另一側(cè)為壓縮，輪齒脫離嚙合后，彎曲力為零。因此，在載荷的多次重復(fù)作用下，彎曲應(yīng)力超過(guò)彎曲持久極限時(shí)，齒根部分將產(chǎn)生疲勞裂紋。裂紋逐漸擴(kuò)展最終引起斷齒，或者輪齒因短時(shí)過(guò)載或沖擊過(guò)載而引起突然折斷。在2013年生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生了2次輪齒折斷，1次齒與齒嚙合不上。

(2)減速機(jī)軸承及潤(rùn)滑故障。2013年減速機(jī)軸承損壞5次。軸承損壞原因主要為：軸承溫度過(guò)高和軸承噪音。軸承溫度過(guò)高：潤(rùn)滑油質(zhì)不符合要求或變質(zhì)；潤(rùn)滑油黏度過(guò)高；機(jī)構(gòu)裝配過(guò)緊(間隙不足)；軸承裝配過(guò)緊；軸承座圈在軸上或殼內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；負(fù)荷過(guò)大；軸承保持架或滾動(dòng)體碎裂等。軸承噪音：滾動(dòng)軸承在工作中允許有輕微的運(yùn)轉(zhuǎn)響聲，如果響聲過(guò)大或有不正常的噪音或撞擊聲，則表明軸承有故障。2013年潤(rùn)滑系統(tǒng)齒輪泵損壞3次。

改進(jìn)措施

傘齒輪副損壞主要是傳動(dòng)軸竄動(dòng)所致，如果能在軸向竄動(dòng)初期及時(shí)發(fā)現(xiàn)將能避免類似事故的發(fā)生。防止傘齒輪竄動(dòng)的機(jī)構(gòu)只有前端擋蓋。為防止傳動(dòng)軸發(fā)生竄動(dòng)，在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，將所有固定螺栓用細(xì)鋼絲連接在一起，從而防止螺栓松動(dòng)。只要鋼絲斷裂就可以直觀發(fā)現(xiàn)傳動(dòng)軸產(chǎn)生竄動(dòng)并及時(shí)進(jìn)行處理。傘齒輪前端擋蓋采用同樣的方法，有效避免了類似事故再次發(fā)生。

減速機(jī)軸承及潤(rùn)滑故障出現(xiàn)的主要原因是軸承潤(rùn)滑不到位。潤(rùn)滑油管在鋪設(shè)及潤(rùn)滑點(diǎn)的選擇上，原設(shè)計(jì)只考慮到了理論上存在的問(wèn)題而忽略了設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的工作情況，磨切鋸在工作過(guò)程中產(chǎn)生大量的鐵屑和含膠粉末等混合粉塵，這些粉塵極易通過(guò)潤(rùn)滑系統(tǒng)的循環(huán)過(guò)程堵塞供油孔，并且這些供油孔在生產(chǎn)停機(jī)過(guò)程中無(wú)法進(jìn)行疏通檢查。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)供油孔進(jìn)行改進(jìn)，方便定期疏通檢查，如圖2所示。

側(cè)夾緊裝置

存在問(wèn)題

(1)液壓缸活塞桿彎曲變形。出現(xiàn)彎曲變形的主要原因是側(cè)夾緊液壓缸活塞設(shè)計(jì)直徑為φ56 mm行程為1500 mm，當(dāng)活塞桿接近滿行程時(shí)，活塞桿受到輕微的外力沖擊就會(huì)出現(xiàn)彎曲變形。當(dāng)鋸切φ38～φ50 mm棒材時(shí)由于活塞桿行程過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致液壓缸活塞桿容易偏離軌跡跑到棒材上方。這樣不僅無(wú)法滿足生產(chǎn)使用要求，也降低備件的使用壽命。

圖 2 油孔改進(jìn)前后(單位：mm)

(2)爆鋸片及鋸渣對(duì)液壓缸的影響。當(dāng)鋸切φ38～φ50 mm棒材時(shí)需要側(cè)夾緊液壓缸持續(xù)推動(dòng)才能滿足生產(chǎn)要求。但是，由于鋸片質(zhì)量及鋼材硬度等綜合因素會(huì)導(dǎo)致鋸片爆裂，當(dāng)爆裂鋸片落到活塞桿上時(shí)，會(huì)劃壞活塞桿表面，被劃壞的活塞桿在下次工作過(guò)程中會(huì)損壞缸體內(nèi)密封圈，導(dǎo)致液壓缸漏油。

當(dāng)磨切鋸連續(xù)切削時(shí)間超過(guò)8 h后，下夾緊上表面的鋸渣高度超過(guò)3 mm。這樣側(cè)夾緊液壓缸在頻繁動(dòng)作時(shí)會(huì)使下夾緊工作表面出現(xiàn)斜面。當(dāng)斜面的傾斜角過(guò)大或斜面高度大于5 mm時(shí)，側(cè)夾緊液壓缸在工作時(shí)就會(huì)偏離軌道發(fā)生彎曲變形(如圖3所示)。

圖 3 側(cè)夾緊液壓缸的工作狀態(tài)

改進(jìn)措施

針對(duì)液壓缸活塞桿彎曲變形問(wèn)題，更改液壓缸，將活塞桿的直徑從原來(lái)的φ56 mm更換為φ100 mm，提高活塞桿的抗彎強(qiáng)度5倍以上。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工作環(huán)境，將原行程為1500 mm的活塞桿更換為1120 mm(如圖4所示)。

圖 4 改進(jìn)液壓缸(單位：mm)

為了降低爆鋸片對(duì)活塞桿的損壞并且滿足生產(chǎn)要求，將側(cè)夾緊液壓缸從夾緊框架里分離出去，變成一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體。將液壓缸橫移到減速機(jī)的前端，用減速機(jī)作為掩體能有效對(duì)液壓缸進(jìn)行保護(hù)。由于側(cè)夾緊液壓缸從夾緊裝置里分離出來(lái)，因此就沒(méi)有了下夾緊上表面積渣平臺(tái)的影響，但是有必要加大原設(shè)計(jì)的夾緊碰頭，防止側(cè)夾緊液壓缸在工作時(shí)偏離軌道發(fā)生彎曲變形。

上下夾緊裝置

存在問(wèn)題

(1)上下夾緊控制壓力匹配不均衡。在設(shè)計(jì)上，要求下夾緊的工作壓力大于上夾緊的工作壓力，保證鋸片在切削過(guò)程中不會(huì)被棒材夾住。但是，在實(shí)際操作過(guò)程中，由于閥臺(tái)壓力波動(dòng)及鋸渣卡堵等綜合因素影響，根本無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，經(jīng)常出現(xiàn)棒材夾住鋸片導(dǎo)致鋸片爆裂的現(xiàn)象。

(2)鋸渣的清理問(wèn)題。下夾緊在升起后鋸片與夾緊裝置之間的距離只有30 mm，這樣小的距離很容易引起鋸渣的堆積，影響鋸片的使用壽命。

改進(jìn)措施

上下夾緊控制壓力匹配不均衡的改進(jìn)措施：根據(jù)原設(shè)計(jì)理念，鋸片在切削過(guò)程中依靠壓力差來(lái)保證切削過(guò)程中切斷口處始終存在向外的拉力。為了達(dá)到這種設(shè)計(jì)理念，可以通過(guò)杠桿原理來(lái)實(shí)現(xiàn)。將現(xiàn)有的上夾緊向輥道外平行移動(dòng)100 mm，上夾緊壓鋼的力通過(guò)將輥道作為支點(diǎn)，將力作用在切削口處，不僅能達(dá)到設(shè)計(jì)目的，而且向外的拉力作用穩(wěn)定。

鋸渣的清理問(wèn)題改進(jìn)措施：上夾緊分別向輥道外移動(dòng)100 mm后，達(dá)到設(shè)備設(shè)計(jì)功能的同時(shí)，就能將下夾緊拆除，釋放出有限的空間來(lái)，方便操作工清渣和維護(hù)人員檢修，如圖5所示。

圖 5 上下夾緊改動(dòng)圖

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鋸切設(shè)備工作原理的分析，找出影響鋸切正常工作的原因，擬定改進(jìn)措施：(1)加固減速機(jī)傳動(dòng)軸及改進(jìn)潤(rùn)滑方式，延長(zhǎng)減速機(jī)的使用壽命；(2)改進(jìn)液壓缸，提高活塞桿的抗彎強(qiáng)度；(3)改變液壓缸的位置，降低爆鋸片及鋸渣對(duì)鋸片的影響。改進(jìn)措施的實(shí)施取得了良好的效果，提高了鋸切的工作效率，同時(shí)提高了備件的使用壽命，降低了備件費(fèi)用。