1780mm精軋機(jī)主傳動(dòng)鼓形齒接軸改造

盧強(qiáng)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(chǎn)，F(xiàn)1-F7精軋機(jī)配置有7架四輥軋機(jī)，均為不可逆全液壓軋機(jī)。精軋機(jī)組主傳動(dòng)系統(tǒng)前機(jī)架軋機(jī)由電機(jī)、主減速機(jī)、聯(lián)軸器、齒輪機(jī)座和鼓形齒接軸組成，后機(jī)架軋機(jī)由電機(jī)、聯(lián)軸器、齒輪機(jī)座和鼓形齒接軸組成。鼓形齒接軸因?yàn)槠淦胶夂?、傳?dòng)噪聲小、傳遞效率高、承載能力強(qiáng)，并允許主軸在軸線方向有一定位移量等優(yōu)點(diǎn)，在精軋機(jī)上應(yīng)用較廣泛，寧鋼精軋機(jī)主傳動(dòng)也采用稀油潤(rùn)滑的鼓形齒接軸，自上線以后，軋機(jī)接軸存在漏油或銅套燒死等故障頻發(fā)的現(xiàn)象，成為精軋區(qū)域故障高發(fā)點(diǎn)，對(duì)全廠的生產(chǎn)順行造成較大影響[1]。

2 鼓形齒的結(jié)構(gòu)原理與存在的故障

2.1鼓形齒接軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)析

精軋機(jī)鼓形齒接軸總成結(jié)構(gòu)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(dāng)動(dòng)力從軸端扁頭套輸入進(jìn)來時(shí)，相應(yīng)的鼓形齒依次隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)內(nèi)外齒沿著齒面曲線擺動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)扭矩傳輸并同時(shí)滿足擺角調(diào)整要求。主傳動(dòng)接軸嚙合齒面采用承載能力高的滲碳淬火齒，采用強(qiáng)制稀油潤(rùn)滑方式，潤(rùn)滑油通過齒端拉桿組件和進(jìn)油環(huán)進(jìn)入主軸中心孔后分為兩路，一路潤(rùn)滑油順著中心孔經(jīng)由噴嘴流至輥端組件中，實(shí)現(xiàn)對(duì)輥端鼓型齒和頂塊的潤(rùn)滑，油經(jīng)過油盒組件和齒端拉桿組件回油箱；另一路順著中心孔經(jīng)由噴嘴流至齒端組件中，實(shí)現(xiàn)對(duì)齒端鼓型齒和頂塊的潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油通過齒端組件后經(jīng)集油罩回油箱[2]。

圖1 精軋機(jī)鼓形齒接軸總成結(jié)構(gòu)

2.2原傳動(dòng)軸存在典型故障與原因分析

寧鋼1780熱軋線自調(diào)試投產(chǎn)以來，隨著生產(chǎn)線軋制節(jié)奏逐步提高，軋制規(guī)格越來越多，精軋機(jī)主傳動(dòng)軸負(fù)荷越來越高，接軸突發(fā)性故障也越來越多，出現(xiàn)的典型故障有[3][4]：(1)鼓形齒接軸軸端組件聯(lián)結(jié)盤與輥端軸套結(jié)合處漏油故障；(2)鼓形齒接軸進(jìn)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(lián)結(jié)盤與輥端軸套結(jié)合處漏油故障與原因分析

軸端組件聯(lián)結(jié)盤與輥端軸套密封結(jié)構(gòu)詳見圖2，原設(shè)計(jì)此處采用端面密封的結(jié)構(gòu)型式，由于密封設(shè)計(jì)不合理，隨著精軋機(jī)鼓形齒接軸的使用，扁頭處的尺寸出現(xiàn)不同程度的磨損，尤其是輥端軸套頭部的擋套內(nèi)孔磨損后，造成工作輥安裝在接軸扁頭內(nèi)部后接觸聯(lián)接盤，聯(lián)接盤受力造成扁頭內(nèi)部聯(lián)接盤固定螺栓松動(dòng)，甚至因螺紋損壞而造成脫落現(xiàn)象，出現(xiàn)聯(lián)接盤松動(dòng)，密封效果下降，接軸使用一段時(shí)間后經(jīng)常從此處漏油，會(huì)造成潤(rùn)滑油成本增加，致使精軋機(jī)前、機(jī)后主傳動(dòng)潤(rùn)滑站需定期補(bǔ)油，如果大量泄漏也會(huì)對(duì)軋機(jī)下面的水系統(tǒng)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(jī)座端的進(jìn)油環(huán)供給，原設(shè)計(jì)進(jìn)油環(huán)材質(zhì)為鑄鋼內(nèi)部鑲嵌銅套的結(jié)構(gòu)，由于鼓形齒接軸轉(zhuǎn)動(dòng)造成的進(jìn)油環(huán)端面與固定裝置產(chǎn)生摩擦，使用過程中發(fā)現(xiàn)不同材質(zhì)摩擦產(chǎn)生熱量后造成熱脹量不同，造成進(jìn)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(jìn)油環(huán)抱死損壞；同時(shí)接軸本體為滑動(dòng)接觸，長(zhǎng)時(shí)間使用后，端面與油環(huán)內(nèi)部接觸面出現(xiàn)磨損，進(jìn)油環(huán)兩端面泄漏量增加，造成潤(rùn)滑油在內(nèi)部接觸面較少，局部出現(xiàn)無油現(xiàn)象，高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)導(dǎo)致摩擦過熱，使進(jìn)油環(huán)內(nèi)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(lián)結(jié)盤與輥端軸套密封結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)如圖3所示，潤(rùn)滑油通過進(jìn)油環(huán)接到傳動(dòng)軸內(nèi)后，通過主軸中心孔向兩側(cè)鼓形齒供油，電機(jī)側(cè)鼓形齒的潤(rùn)滑油通過鼓形齒后直接流回固定的集油箱，而輥側(cè)的鼓形齒，因?yàn)樵撎帞[動(dòng)范圍大，冷卻水量大不易密封等原因，無法設(shè)置固定式集油箱，只能在扁頭套總成一個(gè)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(duì)固定。 輥端扁頭套因其接近負(fù)載，振動(dòng)較大，而接在接油盒上的回油管也隨著主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)扁頭套的偏擺而交變拉拽沖擊集油罩，導(dǎo)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(gè)月左右時(shí)間后，內(nèi)圈與外圈出現(xiàn)磨損，軸承游隙變大，油盒晃動(dòng)現(xiàn)象嚴(yán)重，尤其在機(jī)架升降速的瞬間更為嚴(yán)重，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，造成軸承損壞，油盒抱死現(xiàn)象。

圖3 鼓形齒接軸輥端回油盒結(jié)構(gòu)

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(chǎn)以來，輥端和軸端輥端和軸端經(jīng)常出現(xiàn)故障，主要現(xiàn)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(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)備不能正常投用，影響正常的軋制生產(chǎn)。原同步連桿結(jié)構(gòu)型式如圖4所示，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)接軸正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的觀察和對(duì)同步連桿作用原理的研究分析，發(fā)現(xiàn)連桿設(shè)計(jì)存在設(shè)計(jì)缺陷，具體為：(1)同步連桿3個(gè)連接轉(zhuǎn)動(dòng)部位無潤(rùn)滑點(diǎn)，為機(jī)械摩擦，造成間隙過小出現(xiàn)卡阻或抱死的現(xiàn)象，同步連桿在竄輥時(shí)損壞。(2)設(shè)計(jì)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(chǎn)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(shí)，連桿中間鉸接處出現(xiàn)干涉現(xiàn)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(jìn)措施

3.1軸端組件聯(lián)結(jié)盤與輥端軸套結(jié)合處密封改進(jìn)

將軸端組件聯(lián)結(jié)盤與輥端軸套結(jié)合處的密封由端面密封改為軸向密封，即在聯(lián)結(jié)盤的外圓設(shè)置一道密封槽，可以解決因聯(lián)結(jié)盤與輥端軸套之間的間隙而引起的漏油問題，改進(jìn)后的密封結(jié)構(gòu)型式詳見圖5。

3.2鼓形齒接軸進(jìn)油環(huán)改進(jìn)

改進(jìn)進(jìn)油環(huán)材質(zhì)，保證潤(rùn)滑供油充足，嚴(yán)格控制進(jìn)油環(huán)與支撐環(huán)之間的間隙，并將間隙由設(shè)計(jì)值(在0.3～0.4mm之間)調(diào)整控制為0.8-1.0mm，防止抱死。原設(shè)計(jì)進(jìn)油環(huán)材質(zhì)為鑄鋼內(nèi)部鑲嵌銅套的結(jié)構(gòu)，由于受熱后造成熱漲量不同，造成進(jìn)油環(huán)抱死損壞，根據(jù)上述現(xiàn)象，將進(jìn)油環(huán)材質(zhì)改為整體鑄銅，保證熱膨脹量相同，同時(shí)，銅材質(zhì)本身起一定的潤(rùn)滑效果，材質(zhì)改變后可以有效的減少進(jìn)油環(huán)故障。

圖4 同步連桿結(jié)構(gòu)型式

圖5 聯(lián)結(jié)盤與輥端軸套改進(jìn)后密封結(jié)構(gòu)型式

3.3軸輥端回油盒改進(jìn)

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(duì)其回油油路進(jìn)行改造，取消了軸輥端回油盒，在主軸本體上鉆了2個(gè)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(rùn)滑油經(jīng)過進(jìn)油環(huán)進(jìn)入接軸后，通過主軸中心孔向輥端軸套內(nèi)的鼓形齒處供油提供潤(rùn)滑，隨后潤(rùn)滑油進(jìn)入橡膠套內(nèi)，最后經(jīng)主軸本體新增加的油孔向齒輪機(jī)座側(cè)回油，回油流經(jīng)齒輪機(jī)座側(cè)的鼓形齒和齒套之間的空間流向保護(hù)集油罩內(nèi)，最終通過回油管路回到油站油箱。 這樣結(jié)構(gòu)取消的回油盒裝置以及輥端拉桿組件， 同時(shí)實(shí)現(xiàn)接軸內(nèi)部鼓形齒的帶壓潤(rùn)滑，保證了接軸鼓形齒部位的潤(rùn)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(jī)。

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(jìn)

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(shí)加大尺寸，在鍛件上加工沉臺(tái)，連桿插入焊接，力量靠軸承頭本體及焊縫承受，提高承壓強(qiáng)度。通過這兩個(gè)措施的落實(shí)，有效提高了連桿聯(lián)接可靠性，未再發(fā)生過連桿脫落故障。

4 結(jié)論

通過對(duì)精軋機(jī)鼓形齒接軸一系列有針對(duì)性的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，對(duì)稀油潤(rùn)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(shè)計(jì)缺陷和其他原因引起的精軋機(jī)鼓型齒接軸故障，近幾年再未發(fā)生因精軋機(jī)鼓形齒接軸故障而停機(jī)，確保了精軋機(jī)接軸設(shè)備的各項(xiàng)功能投用。