精軋主傳動(dòng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析

吳淑飛，劉新偉

軋機(jī)主傳動(dòng)是軋鋼設(shè)備的重要組成部分，作為電動(dòng)機(jī)與軋機(jī)的接口，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，實(shí)現(xiàn)從原動(dòng)機(jī)到工作機(jī)的動(dòng)力傳遞，滿足軋機(jī)生產(chǎn)工藝所需轉(zhuǎn)矩和速度的高精度、高動(dòng)態(tài)性能要求，在很大程度上決定著軋鋼設(shè)備的使用壽命和產(chǎn)品質(zhì)量。

1 軋機(jī)主傳動(dòng)的形式

軋機(jī)主傳動(dòng)的作用是將電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和力矩傳遞給軋輥。軋機(jī)主傳動(dòng)一般由主傳動(dòng)減速機(jī)、齒輪機(jī)座、聯(lián)軸器、接軸等組成。由于軋鋼機(jī)的形式和工作制度的不同，軋機(jī)主傳動(dòng)也有不同的形式。

（1）由電機(jī)直接傳動(dòng)工作輥的形式，主要用于可逆式粗軋機(jī)。

（2）電機(jī)經(jīng)減速機(jī)，齒輪機(jī)座傳動(dòng)工作輥的形式。主要用于不可逆軋機(jī)和連軋機(jī)精軋機(jī)組的頭幾架。

（3）由電機(jī)通過(guò)齒輪機(jī)座傳動(dòng)工作輥，主要應(yīng)用于軋制速度較高的后幾架精軋機(jī)。

本文重點(diǎn)對(duì)熱連軋精軋主傳動(dòng)進(jìn)行分析說(shuō)明。

在熱連軋機(jī)組中，精軋主傳動(dòng)的主要作用有：

（1）改變轉(zhuǎn)速和力矩，以達(dá)到軋鋼設(shè)備的使用要求。

（2）分配傳動(dòng)路線，改換空間動(dòng)力傳遞的方向和位置。

（3） 盡可能減少原動(dòng)機(jī)的種類。

（4）合理匹配減速機(jī)的傳動(dòng)速比，使軋機(jī)設(shè)備運(yùn)動(dòng)部分慣性小，減少啟、制動(dòng)的消耗力矩。

（5）合理地優(yōu)選電動(dòng)機(jī)—傳動(dòng)裝置—工作機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，以降低制造成本和使用成本。

2 熱連軋精軋主傳動(dòng)

現(xiàn)以某公司1450 mm熱連軋機(jī)組為例具體介紹精軋主傳動(dòng)的組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。其精軋主傳動(dòng)前4架即F1～F4由電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器連接主傳動(dòng)減速機(jī)、主聯(lián)軸器、齒輪機(jī)座、鼓形齒接軸，最后驅(qū)動(dòng)上、下工作輥；后3架即F5～F7軋制力矩比較小，但軋輥轉(zhuǎn)速較高，為盡量減少電機(jī)的規(guī)格，并沒(méi)有設(shè)置主傳動(dòng)減速機(jī)，而由主電機(jī)經(jīng)聯(lián)軸器連接齒輪機(jī)座、鼓形齒接軸進(jìn)而直接驅(qū)動(dòng)上、下工作輥。

2.1 齒輪機(jī)座

齒輪機(jī)座的作用是將電動(dòng)機(jī)或主傳動(dòng)減速機(jī)的輸出力矩按相同的速度分配給軋機(jī)的上、下工作輥。它是熱連軋機(jī)精軋主傳動(dòng)裝置的重要組成部份，由箱體、人字齒輪軸、偏心套、軸承等構(gòu)成。齒輪機(jī)座的主要特點(diǎn)是傳遞扭矩較大，但上、下齒輪中心距受工作輥直徑、接軸允許偏擺角度、軋鋼車(chē)間跨度等諸多因素的限制，無(wú)法做得太大，所以其負(fù)荷特別重，是精軋主傳動(dòng)中的薄弱環(huán)節(jié)。齒輪機(jī)座有剖分式和整體式兩種結(jié)構(gòu)形式。該1450 mm熱連軋精軋主傳動(dòng)中的齒輪機(jī)座均采用剖分式結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1、表1）。

圖1 齒輪機(jī)座的剖分面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

表1 1450 mm熱連軋精軋主傳動(dòng)齒輪機(jī)座技術(shù)參數(shù)

（1） 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

齒輪機(jī)座的箱體由上箱體、中箱體和下箱體三部分組成，為使箱體具有足夠的剛性，尤其是加強(qiáng)箱體軸承處的剛度和強(qiáng)度，箱體均采用矩形大斷面立柱的焊接結(jié)構(gòu)，用高強(qiáng)度螺柱將這三部分箱體把合在一起；為使箱體具有良好的密封條件，上、中、下箱體的結(jié)合面必須保證有較高的加工精度，為此需采用磨削加工方法，裝配時(shí)還需涂密封膠，以確保結(jié)合面不會(huì)發(fā)生滲油、漏油現(xiàn)象。另外，為便于安裝調(diào)整，整臺(tái)齒輪機(jī)座直接固定在基礎(chǔ)上。

（2）齒輪的結(jié)構(gòu)型式

由于齒輪機(jī)座傳遞扭矩較大，而傳動(dòng)軸直徑又受到中心距的限制，所以將齒輪軸設(shè)計(jì)成漸開(kāi)線齒形的人字齒，此外，將齒輪軸中的一根設(shè)計(jì)成一端固定，另一端軸向游動(dòng)，而另一根齒輪軸兩端軸向游動(dòng)的形式，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中依靠人字齒的嚙合自動(dòng)定位，以避免載荷在兩側(cè)斜齒上的不均勻分布，保證正常嚙合。人字齒輪軸的材料均采用17Cr2Ni2Mo，經(jīng)過(guò)滲碳、淬火、磨削加工，精度要求達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)6級(jí)。滿足使用要求。

（3） 齒輪修形

齒輪修形可以增大齒輪的接觸率，提高齒面的承載能力，減小由齒輪加工誤差、受載變形所引起的沖擊振動(dòng)而產(chǎn)生的噪音。齒輪修形包括齒端修形和齒形修形。在制造時(shí)，對(duì)齒輪機(jī)座中的一根齒輪軸進(jìn)行齒端修形和齒形修形，另一根齒輪軸只進(jìn)行齒形修形。

（4） 偏心套

為使齒輪的齒面接觸良好，并保證側(cè)隙均勻，在軸承與軸承座的安裝孔之間設(shè)有偏心套。偏心套材質(zhì)選用鑄鋼件 (ZG 270～500)，偏心套的偏心量為0．25 mm，調(diào)整精度高，穩(wěn)定性好，軸頭空間方位變化小。另外，偏心套還能使兩側(cè)齒面接觸形狀對(duì)稱分布，提高齒輪承載能力，保護(hù)軸承孔。

（5） 軸承的選擇

齒輪機(jī)座選用雙列球面滾子軸承。具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇較寬系列，以減少軸承與軸承孔的比壓。

（6） 潤(rùn)滑與密封

對(duì)齒輪機(jī)座的齒輪嚙合點(diǎn)和軸承均采用稀油循環(huán)潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油選用ISOVG460齒輪潤(rùn)滑油，為方便觀察和控制供油量，在每臺(tái)齒輪機(jī)座的供油管路的入口處都設(shè)有流量開(kāi)關(guān)和壓力表、壓力開(kāi)關(guān)、蝶閥，而且在每個(gè)潤(rùn)滑支路設(shè)有截流閥和油流指示器等潤(rùn)滑元件，保證各潤(rùn)滑點(diǎn)的油量供給。潤(rùn)滑油通過(guò)潤(rùn)滑管路經(jīng)噴嘴潤(rùn)滑冷卻齒輪嚙合點(diǎn)，并在嚙合齒面上形成油膜，以提高齒輪的承載能力；潤(rùn)滑油通過(guò)潤(rùn)滑油路流經(jīng)軸承的滾動(dòng)體潤(rùn)滑滾動(dòng)軸承，最后流回箱體，帶走因摩擦產(chǎn)生的熱量，做到潤(rùn)滑冷卻一步完成。齒輪機(jī)座的軸端均采用無(wú)接觸迷宮式密封，其特點(diǎn)是工作可靠，壽命長(zhǎng)，維修方便，不需要更換密封件。

2.2 主傳動(dòng)減速機(jī)

精軋主傳動(dòng)減速機(jī)的作用是將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變成軋制速度。它是精軋主傳動(dòng)的重要組成部分，由箱體、齒輪軸、焊接大齒輪、軸承、偏心套等構(gòu)成。主傳動(dòng)減速機(jī)的軸線平行布置，采用對(duì)軸向誤差不敏感，適合長(zhǎng)期連續(xù)傳動(dòng)的單級(jí)圓柱斜齒輪傳動(dòng)。在該1450 mm熱連軋精軋主傳動(dòng)中的F1～F4上設(shè)有主傳動(dòng)減速機(jī)（見(jiàn)表2）。

（1） 箱體

主傳動(dòng)減速機(jī)箱體全部采用焊接結(jié)構(gòu)。該箱體剖分面只有一個(gè)，整個(gè)箱體分三層。主要受力部位在下箱體和中箱體，用大斷面矩形梁和厚鋼板焊接而成，焊接結(jié)構(gòu)件的斷面尺寸主要取決于主傳動(dòng)減速機(jī)的承載能力。機(jī)蓋不承受工作載荷，布置在中機(jī)體上，用薄鋼板焊接而成。和齒輪機(jī)座一樣，為便于安裝調(diào)整，整臺(tái)主傳動(dòng)減速機(jī)直接固定在基礎(chǔ)上。

表2 F1～F4主傳動(dòng)減速機(jī)

（2）齒輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

主傳動(dòng)減速機(jī)的齒形采用漸開(kāi)線斜齒圓柱齒輪，齒輪軸及大齒輪的輪緣均采用17Cr2Ni2Mo鋼，經(jīng)過(guò)滲碳、淬火、磨削，其加工精度達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)6級(jí)。大齒輪為焊接齒輪，具有質(zhì)量好，重量輕，平衡好，成本低等優(yōu)點(diǎn)；齒輪的接觸率要求沿齒高方向不低于60%，沿齒寬方向不低于80%，可以最大限度地發(fā)揮其承載能力。

（3） 齒輪的修形

與齒輪修形一樣，對(duì)齒輪軸進(jìn)行齒端修形和齒形修形，而對(duì)大齒輪只進(jìn)行齒形修形。

（4） 偏心套

功能與齒輪機(jī)座相同。

（5） 軸承的選擇

該1450 mm熱連軋精軋主傳動(dòng)減速機(jī)全部選用滾動(dòng)軸承。

（6） 潤(rùn)滑密封

主傳動(dòng)減速機(jī)工作性質(zhì)為長(zhǎng)時(shí)間，所以其潤(rùn)滑與密封與齒輪機(jī)座完全一致。

2.3 聯(lián)軸器

主電機(jī)與主傳動(dòng)減速機(jī)及齒輪機(jī)座彼此之間均采用聯(lián)軸器連接。該1450 mm熱連軋精軋主傳動(dòng)系統(tǒng)中所有聯(lián)軸器均采用鼓形齒聯(lián)軸器。原因在于鼓形齒聯(lián)軸器有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1） 由于外齒軸套齒側(cè)面沿寬度方向弧形化，可防止因齒端部載荷過(guò)大而引起的損壞。

（2）結(jié)構(gòu)緊湊，磨損損失小，有一定的彈性和補(bǔ)償性，承載能力大。

（3）由于外齒齒寬方向呈弧形，聯(lián)軸器軸線允許有較大的偏角和位移。

2.4 接軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該1450 mm精軋主傳動(dòng)的齒輪機(jī)座與工作輥通過(guò)接軸相連接。接軸均采用鼓形齒接軸，工作時(shí)其允許傾角為 1°30′～2°30′，而非工作時(shí)傾角可達(dá)到 6°（見(jiàn)圖 2）。

圖2 鼓形齒接軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

該鼓形齒接軸主要由外齒軸套、內(nèi)齒圈、密封裝置、帶彈簧的球頂、接軸本體、彈簧等零部件構(gòu)成。

為便于更換鼓形齒接軸的外齒軸套，外齒軸套與接軸本體均采用花鍵連接，通過(guò)壓板和螺栓將其固定在接軸本體上。為適應(yīng)軋制過(guò)程中開(kāi)口度的變化，接軸的外齒軸套在內(nèi)齒圈中可滑動(dòng)伸縮，接軸本體的軸向定位靠其心部帶彈簧的球頂實(shí)現(xiàn)。

此外，該1450 mm熱連軋精軋主傳動(dòng)中的鼓形齒接軸還有以下特點(diǎn)：

（1）該鼓形齒接軸的外齒軸套和內(nèi)齒圈均采用硬齒面磨齒技術(shù)，提高了鼓形齒的耐磨性能及鼓形齒接軸的承載能力。

（2）采用軸向竄動(dòng)機(jī)構(gòu)，使工作輥能夠進(jìn)行軸向移動(dòng)，保證了軋材的成品質(zhì)量。

（3） 采用稀油循環(huán)潤(rùn)滑,有效改善鼓形齒接軸的潤(rùn)滑條件。

3 結(jié)語(yǔ)

上述熱連軋精軋主傳動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐和改進(jìn)，已經(jīng)被鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)普遍接受，并且得到廣泛應(yīng)用，相關(guān)設(shè)備已全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用效果良好，不僅提升了軋機(jī)整體性能，還提高了軋鋼設(shè)備的使用壽命及軋制產(chǎn)品的質(zhì)量，得到了用戶的認(rèn)可。