無(wú)縫鋼管廠連軋機(jī)高速連桿聯(lián)軸器系統(tǒng)優(yōu)化

賈 豹，秦桂偉，胡曉東

（鞍鋼股份有限公司無(wú)縫鋼管廠,遼寧 鞍山 114021）

無(wú)縫鋼管在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有重要作用，被廣泛使用于石油開(kāi)采、鉆探、航天、軍工等領(lǐng)域中。其產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備——連軋減速機(jī)密切相關(guān)。三輥連軋管機(jī)組因具有高產(chǎn)、高效、低耗、設(shè)備質(zhì)量好及產(chǎn)品精度高等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)得到迅猛發(fā)展和應(yīng)用［1－3］。連軋減速機(jī)是熱軋無(wú)縫鋼管連軋機(jī)重要的動(dòng)力傳遞媒介［4－6］。鞍鋼股份有限公司無(wú)縫鋼管廠連軋減速機(jī)是由弧齒錐齒輪與圓柱斜齒輪組合而成，該減速機(jī)具有傳動(dòng)速比大、結(jié)構(gòu)緊湊、輸入與輸出在空間上可以構(gòu)成多角度傳動(dòng)的特點(diǎn)。鑒于減速機(jī)的重要性，在減速機(jī)輸入端與電機(jī)輸出端之間的高速連桿處安裝一個(gè)聯(lián)軸器，當(dāng)出現(xiàn)軋制原料溫度過(guò)低、軋輥故障等情況時(shí)，軋制負(fù)荷會(huì)異常增加，安全聯(lián)軸器中的一對(duì)安全銷會(huì)提前斷裂，使軋制負(fù)荷瞬間變?yōu)榱?，此時(shí)同一個(gè)機(jī)架上的三架電機(jī)處于扭矩不平衡狀態(tài)，軋制信號(hào)立即反饋到檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)系統(tǒng)隨即對(duì)所有軋輥電機(jī)發(fā)出停止指令并抱閘停機(jī)，從而對(duì)減速機(jī)與電機(jī)起到保護(hù)作用。無(wú)縫鋼管連軋機(jī)有6個(gè)機(jī)架，每個(gè)機(jī)架上有3個(gè)軋輥，總計(jì)18個(gè)聯(lián)軸器，自2008年投產(chǎn)開(kāi)始聯(lián)軸器事故頻發(fā)，影響生產(chǎn)的連續(xù)性，增加檢修人力、物力及生產(chǎn)附加消耗。為此對(duì)連軋減速機(jī)高速連桿聯(lián)軸器進(jìn)行改進(jìn)非常必要，本文對(duì)此加以介紹。

1 安全聯(lián)軸器系統(tǒng)

（1）安全聯(lián)軸器系統(tǒng)組成

原連桿聯(lián)軸器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖1所示，聯(lián)軸器系統(tǒng)兩端均為鼓形齒接手，一端安裝在電機(jī)的輸出軸，另一端安裝在減速機(jī)的輸入軸，中間部分為剛性連桿和安全聯(lián)軸器。聯(lián)軸器由凸臺(tái)套法蘭盤(pán)，凸臺(tái)軸法蘭盤(pán)，兩套軸承及兩組安全銷組成，其中凸臺(tái)套法蘭的凸臺(tái)套內(nèi)孔與軸承的外圈配合，凸臺(tái)軸法蘭的凸臺(tái)軸外徑與軸承的內(nèi)圈配合，兩個(gè)法蘭盤(pán)通過(guò)軸承套裝組合在一起。凸臺(tái)套法蘭通過(guò)剛性連桿聯(lián)接到減速機(jī)端鼓形齒接手，凸臺(tái)軸法蘭直接聯(lián)接電機(jī)端鼓形齒接手。在這兩個(gè)法蘭的法蘭孔對(duì)稱方向橫穿兩套安全銷，連桿通過(guò)法蘭上的兩套安全銷傳遞扭矩，每套安全銷由與法蘭過(guò)盈配合的套及安全銷軸組成。在每對(duì)法蘭中間位置，安全銷軸在圓周方向上有一個(gè)圓弧倒角，此處倒角是安全銷軸強(qiáng)度最薄弱的部位，一旦軋制負(fù)荷超過(guò)安全銷的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，安全銷軸提前斷裂，對(duì)減速機(jī)及電動(dòng)機(jī)起到一定的保護(hù)作用。

圖1 原安全聯(lián)軸器系統(tǒng)

（2）安全聯(lián)軸器系統(tǒng)事故統(tǒng)計(jì)

鞍鋼股份有限公司無(wú)縫鋼管廠安全聯(lián)軸器系統(tǒng)2010～2013年事故時(shí)間統(tǒng)計(jì)如表1所示。從表1中可以看出，導(dǎo)致事故發(fā)生頻率較高的原因是是鼓形齒接手不對(duì)中，它是制約生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素。

表1 安全聯(lián)軸器系統(tǒng)事故時(shí)間統(tǒng)計(jì)

2 原安全聯(lián)軸器系統(tǒng)缺陷分析

（1）鼓形齒接手對(duì)中性不好，軸向竄動(dòng)大

高速連桿的兩端均為鼓形齒接手，鼓形齒存在齒側(cè)間隙和齒頂間隙，高速連桿稍微不對(duì)中就會(huì)發(fā)生軸向竄動(dòng)，由于電機(jī)距離減速機(jī)較遠(yuǎn)，二者對(duì)中性稍微不好，會(huì)將連桿震動(dòng)及軸向竄動(dòng)進(jìn)一步放大，高速連桿會(huì)持續(xù)撞擊減速機(jī)輸入軸和電機(jī)的輸出軸，嚴(yán)重影響電機(jī)與減速機(jī)的使用壽命［7－8］。

（2）鼓形齒接手潤(rùn)滑不良，加速齒面磨損

正常軋鋼時(shí)，軋輥的轉(zhuǎn)速一直處于高、低速相互轉(zhuǎn)換的過(guò)程，連桿兩端的鼓型齒接手存在齒頂間隙和齒側(cè)間隙，高、低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)使鼓形齒接手壓蓋螺栓松動(dòng)，導(dǎo)致壓蓋密封不嚴(yán)，潤(rùn)滑脂被甩出，加劇齒接手磨損。

（3）內(nèi)部軸承結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生軸向撞擊

原始設(shè)計(jì)的安全聯(lián)軸器內(nèi)部軸承為32020，凸臺(tái)式法蘭結(jié)構(gòu)為分體形式，使用中會(huì)產(chǎn)生軸向力，安全銷斷裂瞬間對(duì)減速機(jī)、電機(jī)產(chǎn)生較大的撞擊力［9－12］。

（4）連接螺栓強(qiáng)度不夠，頻繁斷裂

凸臺(tái)式法蘭結(jié)構(gòu)中，凸臺(tái)套、凸臺(tái)軸與法蘭之間是分體結(jié)構(gòu)，均由M8×30的內(nèi)六角螺栓聯(lián)接。由于鼓形齒接手在齒頂和齒側(cè)存在一定的間隙，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，此內(nèi)六角螺栓會(huì)因震動(dòng)而斷裂，當(dāng)螺栓斷裂后安全聯(lián)軸器的兩個(gè)法蘭會(huì)出現(xiàn)間隙，會(huì)加快安全銷的磨損或安全銷會(huì)加速疲勞而斷裂。

以上任何一個(gè)因素都會(huì)使連桿震動(dòng)加大，導(dǎo)致安全銷斷裂，而非對(duì)電機(jī)或減速機(jī)的保護(hù)性斷裂。安全銷的斷裂輕則造成軋機(jī)停機(jī)，重則因各架軋輥轉(zhuǎn)速不匹配發(fā)生堆鋼事故。

3 改進(jìn)方案

（1）接手結(jié)構(gòu)形式改進(jìn)

如圖2所示，將原鼓形齒結(jié)構(gòu)接手改為滾珠接手。滾珠接手為無(wú)間隙大傾角接手，可以消除接手的間隙并能增大節(jié)點(diǎn)傾角，降低電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)對(duì)中性的要求；同時(shí)在連桿兩端設(shè)計(jì)并安裝緩沖碟簧，使連桿在軸向竄動(dòng)對(duì)電動(dòng)機(jī)及減速機(jī)產(chǎn)生撞擊時(shí)起到一定的緩沖作用。

圖2 改進(jìn)后安全聯(lián)軸器系統(tǒng)

（2）密封結(jié)構(gòu)形式改進(jìn)

原“O”型圈密封固定在鼓型齒壓蓋上，當(dāng)壓蓋螺栓因震動(dòng)斷裂后，“O”型圈的密封作用就會(huì)失效。將原始“O”型圈密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)為Y型唇邊密封，提高密封圈對(duì)現(xiàn)場(chǎng)傳動(dòng)及擺角的適應(yīng)能力，密封效果更好。

（3）凸臺(tái)法蘭結(jié)構(gòu)及軸承型號(hào)改進(jìn)

將凸臺(tái)套式法蘭及凸臺(tái)軸式法蘭改為整體結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)安全聯(lián)軸器的整體強(qiáng)度。將安全聯(lián)軸器內(nèi)部的雙列圓錐軸承32020改為深溝球軸承61824，使其在旋轉(zhuǎn)過(guò)程不產(chǎn)生軸向力，提高安全聯(lián)軸器的使用壽命。

4 改進(jìn)效果

鞍鋼股份有限公司無(wú)縫鋼管廠連軋機(jī)在線總計(jì)有18個(gè)安全聯(lián)軸器，只要有一個(gè)安全聯(lián)軸器出現(xiàn)故障都會(huì)被迫停止生產(chǎn)，原設(shè)計(jì)的安全聯(lián)軸器故障率高，停機(jī)檢修時(shí)既浪費(fèi)人力、物力，又浪費(fèi)能源，嚴(yán)重制約生產(chǎn)的連續(xù)性。改進(jìn)后的設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒(méi)有缺陷，偶爾由于人為原因?qū)е率鹿拾l(fā)生,運(yùn)行壽命顯著增長(zhǎng)，改進(jìn)后安全聯(lián)軸器事故統(tǒng)計(jì)時(shí)間見(jiàn)表2。

表2 安全聯(lián)軸器系統(tǒng)事故時(shí)間統(tǒng)計(jì)

改進(jìn)前、后安全聯(lián)軸器壽命情況如表3所示。

表3 安全聯(lián)軸器系統(tǒng)改進(jìn)前后壽命情況

在軋制量相同的情況下，改進(jìn)后的安全聯(lián)軸器實(shí)際使用時(shí)間是改進(jìn)前的九倍，超出額定設(shè)計(jì)壽命。此項(xiàng)改進(jìn)自2013年1月使用至今，效果良好。該技術(shù)的應(yīng)用，解決了制約生產(chǎn)連續(xù)性的難題，節(jié)約備件費(fèi)用、避免人力資源的浪費(fèi)，為降本增效做出積極的貢獻(xiàn)，并且對(duì)同行業(yè)設(shè)備改進(jìn)具有一定的參考價(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）將鼓型齒接手改為滾珠接手徹底解決了因接手對(duì)中性不好帶來(lái)的連桿震動(dòng)及軸向竄動(dòng)問(wèn)題，連桿端碟簧的設(shè)計(jì)對(duì)連桿撞擊起到一定的緩沖作用；

（2）將凸臺(tái)套式法蘭及凸臺(tái)軸式法蘭改為整體結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了安全聯(lián)軸器的整體強(qiáng)度；

（3）將安全聯(lián)軸器內(nèi)部32020型號(hào)的雙列圓錐軸承改為61824型號(hào)的深溝球軸承，提高了安全聯(lián)軸器的使用壽命，大幅度降低了安全聯(lián)軸器系統(tǒng)因?yàn)楸旧泶嬖诘娜毕菰斐傻陌踩N斷裂。

通過(guò)對(duì)原高速連桿安全聯(lián)軸器存在的設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行系統(tǒng)分析，并按照上述方式進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行，設(shè)備事故率及維護(hù)工作量大幅降低，從而實(shí)現(xiàn)了降低生產(chǎn)成本的目標(biāo)。

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