高線軋機(jī)減定徑增速箱S5軸改造

張文斌

摘 要：減定徑增速傳動(dòng)箱是高線軋機(jī)的關(guān)鍵設(shè)備之一。它的安全性直接影響到高線軋機(jī)的高效性和穩(wěn)定性。本文針減定徑增速傳動(dòng)箱S5軸的事故進(jìn)行分析，對(duì)S5軸離合器軸承進(jìn)行改造。

關(guān)鍵詞：增速傳動(dòng)箱;離合器齒輪;油膜軸承;傳動(dòng)支撐

中圖分類號(hào)：TG333 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）06-0110-02

0引言

高速線材軋機(jī)的生產(chǎn)線的順利生產(chǎn)，對(duì)實(shí)現(xiàn)線材產(chǎn)品的品種結(jié)構(gòu)調(diào)整、滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要，做出了突出的貢獻(xiàn)[1]。安鋼高速線材軋機(jī)是安鋼集團(tuán)進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的重點(diǎn)工程，關(guān)鍵設(shè)備由美國(guó)摩根公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)制造，如預(yù)精軋機(jī)、精軋機(jī)組、減定徑機(jī)組、吐絲機(jī)等。設(shè)計(jì)最大操作速度120m/s，最小輥徑時(shí)保證軋制速度112m/s，采用高架式布置，最多軋制30道次。選用坯料為：150mm×150mm×12000mm連鑄方坯，產(chǎn)品規(guī)格為：φ5.5～φ22mm光面盤卷和φ6～φ16mm螺紋盤卷，盤卷重約2t，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量40萬(wàn)噸。該線生產(chǎn)鋼種為：碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（20#～85#）、低合金鋼（HRB335）、彈簧鋼（60Si2Mn）、焊條鋼（H08A）、冷鐓鋼（ML10～45）、軸承鋼（GCr15）等。

全線共有軋機(jī)30架，其中粗中軋機(jī)14架，呈平立交替布置;預(yù)精軋機(jī)4架、精軋機(jī)8架、減定徑機(jī)4架為美國(guó)摩根公司生產(chǎn)的V型軋機(jī)，采用45°頂角形式。位于無(wú)扭精軋機(jī)后面的減定徑機(jī)組，它由四架V形軋機(jī)組成，采用橢圓-圓-圓-圓工藝孔型軋制，能夠達(dá)到精確的產(chǎn)品尺寸公差和最優(yōu)的表面質(zhì)量，從而使產(chǎn)品尺寸公差控制在±0.1mm范圍內(nèi)。高線減定徑機(jī)組由一臺(tái)3200kW交流變頻電機(jī)通過一個(gè)增速傳動(dòng)箱集中對(duì)四架軋機(jī)傳動(dòng)。其中增速傳動(dòng)箱箱體分為兩層結(jié)構(gòu)，共有14根傳動(dòng)軸，有九個(gè)拔叉式離合器，通過撥叉調(diào)整離合器工作位置來(lái)改變嚙合的齒輪從而實(shí)現(xiàn)196種不同的速比，滿足各類規(guī)格不同速比的軋制工藝要求。

1存在的問題

1.1改造前系統(tǒng)情況及工作原理

增速傳動(dòng)箱由兩層箱體構(gòu)成，上層有5根軸，輸入軸命名為S2軸、依次為S3軸、S4軸、S5軸、S6軸;下層有8根軸，依次為S7-S15軸。工作原理為電機(jī)驅(qū)動(dòng)S2軸，經(jīng)過齒輪嚙合傳遞至S5軸，上層和下層就是靠上箱體的S5軸和下箱體的S7軸連接傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)增速箱整體傳動(dòng)帶動(dòng)錐箱進(jìn)行線材軋制。

1.2存在問題

增速箱出現(xiàn)的若干次設(shè)備事故中，有80%的事故為S5軸事故，突出問題就是S5軸離合器齒輪軸承損壞。高線減定徑增速傳動(dòng)箱S5軸離合器軸承原設(shè)計(jì)使用的是圓錐滾子軸承，由于該軸承受較大載荷，而且轉(zhuǎn)速較高，使得離合器軸承使用壽命達(dá)不到一年使用的要求，從而被迫停產(chǎn)檢修，檢修一次至少需要3天時(shí)間。

該軸承失效形勢(shì)明顯，主要由軸承外圈剝落，內(nèi)圈滾道有較深壓痕，保持架斷裂，滾子表面磨損等失效形式。該軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示：圖中052為離合器球軸承，由于增速箱上下兩曾箱體就是靠上箱體的S5軸和下箱體的S7軸連接傳動(dòng)，承載所有扭矩，但是052軸承設(shè)計(jì)時(shí)考慮軸上空間實(shí)際位置選型時(shí)采用SKF軸承/T4DB160軸承，該軸承內(nèi)圈厚度僅30mm，軸承較薄，承載能力不夠，是整個(gè)系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，滾動(dòng)體容易疲勞點(diǎn)蝕，保持架易斷裂，軸承壽命短，突發(fā)事故多，嚴(yán)重制約生產(chǎn)。

2改造方案以及實(shí)施過程

2.1改造方案的制定

為了保證生產(chǎn)順利進(jìn)行，控制和減少設(shè)備事故發(fā)生，減輕維護(hù)人員維修和維護(hù)工作量，必須針對(duì)以上情況進(jìn)行相應(yīng)改造。通過針對(duì)以上出現(xiàn)的故障問題進(jìn)行分析，重點(diǎn)進(jìn)行S5軸離合器軸承改造，滿足高線生產(chǎn)需求。

S5軸改造是根據(jù)安鋼設(shè)備具體實(shí)際情況以及安鋼產(chǎn)品工藝特點(diǎn)，量身定做的一套升級(jí)方案。設(shè)計(jì)的總原則為增速傳動(dòng)箱整體使用各項(xiàng)參數(shù)不能變動(dòng)，新設(shè)計(jì)的S5軸成套備件可與原來(lái)的S5軸成套備件直接進(jìn)行互換，所有設(shè)計(jì)到的傳動(dòng)速比不能更改，也就是說所有傳動(dòng)齒輪齒數(shù)以及模數(shù)不能改變。為此安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)公司與原制造廠家進(jìn)行多次溝通，并借鑒國(guó)內(nèi)其他高速線材廠的經(jīng)驗(yàn)，決定將S5軸離合器軸承由原來(lái)的圓錐滾子軸承改造為油膜軸承。

改造方案：在保證齒數(shù)和外部尺寸不變的情況下對(duì)離合器齒輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變，改變S5軸內(nèi)部油路，將球軸承改造為油膜軸承。改造后使用油膜軸承的優(yōu)點(diǎn)為齒輪的支承面積大大提高，此時(shí)承載能力也大大提高，齒輪傳動(dòng)更加平穩(wěn)，換擋過程穩(wěn)定，不易偏離，旋轉(zhuǎn)精度高、摩擦阻力小、并且對(duì)轉(zhuǎn)速的適應(yīng)性和抗震性非常好，不會(huì)出現(xiàn)類似直接抱死等惡性事故。同時(shí)由于增速傳動(dòng)箱單獨(dú)有液壓站進(jìn)行供給潤(rùn)滑油，油膜軸承在高品質(zhì)的潤(rùn)滑保證下的壽命非常高，磨損小且均勻，軸承間隙更易控制，這在離合器換擋過程中更加保證了離合器齒輪與軸上的離合器齒的同軸度，使得齒式離合器的運(yùn)行更加穩(wěn)定。

2.2改造的原理

由圓錐滾子軸承改造為油膜軸承的關(guān)鍵在于軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的定位情況。利用三組油膜軸承安裝解決離合器齒輪在高速旋轉(zhuǎn)中的定位問題。從圖2可以看到S5軸旋轉(zhuǎn)時(shí)上下定位是靠離合器齒輪內(nèi)部圖號(hào)為027的一對(duì)油膜軸承進(jìn)行控制，軸向運(yùn)動(dòng)的定位就是靠圖四028、029止推油膜軸承進(jìn)行定位，從而保障了S5軸的整體穩(wěn)定運(yùn)行。由于改為油膜軸承油壓勢(shì)必就要加大，根據(jù)核算，日常維護(hù)中將油壓由原來(lái)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的2.5公斤增加到3.5公斤以上，原有液壓站局部提高壓力的能力，不需要進(jìn)行大的改動(dòng)。

2.3改造實(shí)施過程

此次改造經(jīng)過一系列的設(shè)計(jì)、選型、安裝調(diào)試后一次試車成功，并于2017年12月利用高線軋機(jī)設(shè)備大修時(shí)間正式投入使用，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)至今約二年時(shí)間，未出現(xiàn)任何設(shè)備故障，且設(shè)備振動(dòng)值明顯減小。

同時(shí)更換下來(lái)的S5軸整體備件與改造后的S5軸成套備件整體安裝尺寸一樣，作為事故備件使用，不會(huì)造成備件的浪費(fèi)。

3結(jié)論

經(jīng)過兩年以上的設(shè)備運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，改造后的油膜軸承在運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性上比原滾動(dòng)軸承更有優(yōu)勢(shì)，尤其在離合器換擋的可靠性上尤其突出。18年、19年設(shè)備維護(hù)人員利用大修時(shí)間針對(duì)離合器進(jìn)行綜合檢查，檢查發(fā)現(xiàn)離合器齒輪齒面沒有出現(xiàn)之前的磨損和塑性變形情況，油膜軸承也運(yùn)行良好。此項(xiàng)目升級(jí)改造，在投用后極大穩(wěn)定了軋制極限小規(guī)格的尺寸時(shí)的振值，同時(shí)提高了工藝新開發(fā)鋼種的質(zhì)量保證能力，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)焊絲鋼、高強(qiáng)彈簧鋼、合金冷鐓鋼系列的無(wú)故障軋制。綜上所述，此次改造是一次成功的改造。本文提出的改造方案對(duì)同類型的改造或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 房世興.高速線材軋機(jī)裝備技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1997.