型鋼開(kāi)坯機(jī)壓下系統(tǒng)故障及優(yōu)化方案分析

孔令強(qiáng)

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司型鋼廠(chǎng)， 山東 萊蕪 271104）

1 開(kāi)坯機(jī)使用現(xiàn)狀

山東鋼鐵萊蕪分公司型鋼廠(chǎng)異型生產(chǎn)線(xiàn)，開(kāi)坯機(jī)采用大連重工設(shè)計(jì)的二輥Φ1200軋機(jī)，軋機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：整體閉口式牌坊，輥系側(cè)端拖入、拖出；下輥固定在牌坊上，上輥通過(guò)壓下機(jī)構(gòu)壓放來(lái)調(diào)整上下輥之間輥縫。上輥調(diào)整機(jī)構(gòu)是電動(dòng)壓下機(jī)構(gòu)，電動(dòng)壓下機(jī)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)、環(huán)面蝸桿減速機(jī)、壓下螺絲、壓下螺母、球面墊塊、防護(hù)罩、提升液壓缸等零部件，其中環(huán)面蝸桿減速器采用大減速比、多類(lèi)型減速齒輪、軟齒面、環(huán)面結(jié)構(gòu)型式，是整個(gè)系統(tǒng)重要環(huán)節(jié)。近年來(lái)軋機(jī)壓下系統(tǒng)中環(huán)面蝸桿減速器多次出現(xiàn)故障，致使軋機(jī)壓下調(diào)整運(yùn)行不暢，影響軋機(jī)調(diào)整。

2 軋機(jī)壓下系統(tǒng)故障現(xiàn)象

在生產(chǎn)過(guò)程中，軋機(jī)壓下調(diào)整系統(tǒng)環(huán)面蝸桿減速器多次出現(xiàn)蝸桿軸軸向竄動(dòng)的機(jī)械損壞故障，主要現(xiàn)象有：環(huán)面蝸桿減速器蝸桿-齒輪軸軸向移位約40 mm（向調(diào)心滾子軸承側(cè)）；調(diào)心滾子軸承1516滾動(dòng)體、保持架脫落，軸承損壞；圓錐滾子軸承完好，軸承位置無(wú)變化；在軋機(jī)壓上調(diào)整時(shí)，蝸桿-齒輪軸復(fù)位；軋機(jī)壓下調(diào)整時(shí)蝸桿-齒輪軸會(huì)發(fā)生軸向竄動(dòng)約40 mm。

一旦出現(xiàn)發(fā)生蝸桿-齒輪軸竄動(dòng)，調(diào)心球軸承反復(fù)作用就會(huì)造成1516滾動(dòng)體、保持架脫落，軸承損壞，造成齒輪無(wú)法嚙合，減速機(jī)無(wú)法傳動(dòng)[1]。

3 原因分析

環(huán)面蝸桿減速器采用四級(jí)傳動(dòng)三級(jí)減速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)型式，前兩級(jí)采用斜齒減速，最后一級(jí)采用蝸輪-蝸桿減速。

高速軸兩側(cè)各采用一盤(pán)圓錐滾子軸承7514支撐，軸向固定采用兩側(cè)壓蓋固定軸承外圈。二級(jí)軸同樣采用斜齒輪傳動(dòng)，兩側(cè)各采用一盤(pán)圓錐滾子軸承7514支撐，軸向固定采用兩側(cè)壓蓋固定軸承外圈。三級(jí)軸采用蝸輪-蝸桿傳動(dòng)和斜齒傳動(dòng)兩種傳動(dòng)結(jié)構(gòu)型式，兩側(cè)支撐軸承分別采用成對(duì)相對(duì)2盤(pán)圓錐滾子軸承2007117和一盤(pán)調(diào)心滾子1516，其中圓錐滾子軸承2007117側(cè)為固定端承載軸向力，軸承的固定方式采用箱體與軸承壓蓋固定，軸與軸承只存在單側(cè)固定，調(diào)心滾子1516側(cè)為游動(dòng)端。蝸輪通過(guò)上下箱體軸承固定在箱體上和蝸桿-齒輪軸嚙合[2]。結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 環(huán)面蝸桿減速機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1）環(huán)面蝸桿減速器蝸桿-齒輪軸運(yùn)行過(guò)程中，軸向竄動(dòng)（向調(diào)心滾子軸承側(cè)）根本原因是減速機(jī)傳動(dòng)過(guò)程中，軸系產(chǎn)生軸向力，軸向力的方向是指向調(diào)心滾子軸承側(cè)，這一側(cè)蝸桿-齒輪軸無(wú)軸向固定，造成軸向竄動(dòng)。

2）環(huán)面蝸桿減速器蝸桿-齒輪軸在外力作用下一旦產(chǎn)生軸向竄動(dòng)，必須有相反作用力進(jìn)行平衡。所以在外力的作用下軸向推動(dòng)調(diào)心球軸承1516移動(dòng)，直到1516軸承頂住外出端蓋，調(diào)心球軸承承載蝸桿-齒輪軸的軸向力。由于調(diào)心球軸承1516軸向力承載較小，所以軸承常常出現(xiàn)滾動(dòng)體、保持架脫落，軸承損壞[3]。

3）由于蝸桿-齒輪軸支撐圓錐滾子軸承2007117兩側(cè)固定，軸承受力不會(huì)產(chǎn)生游動(dòng)。蝸桿-齒輪軸在圓錐滾子軸承2007117存在軸肩固定，在調(diào)心球軸承1516軸向上不存在固定，所以在受力時(shí)蝸桿-齒輪軸移動(dòng)。

4）對(duì)壓下和壓上兩種操作時(shí)，蝸桿-齒輪軸進(jìn)行受力分析，如下圖2所示。

圖2 壓下、壓上時(shí)蝸桿-齒輪軸受力圖

當(dāng)壓下系統(tǒng)進(jìn)行壓下操作時(shí)，從圖中可以看出壓下時(shí)蝸桿-齒輪軸受力F=F22-F1＞0，方向指向2007117側(cè)；蝸桿-齒輪軸在此方向存在軸肩定位，蝸桿-齒輪軸無(wú)法竄動(dòng)。

當(dāng)壓下系統(tǒng)進(jìn)行壓上操作時(shí)，從圖中可以看出壓上時(shí)蝸桿-齒輪軸受力F=F22-F1＜0，合力的方向指向1516側(cè)；蝸桿-齒輪軸在合力作用下向1516軸承側(cè)竄動(dòng)，竄動(dòng)量較大時(shí)造成軸承損壞、端蓋頂出的設(shè)備事故。

5）分析環(huán)面蝸桿減速器內(nèi)力的產(chǎn)生原因。壓下系統(tǒng)正常調(diào)整時(shí)不存在較大內(nèi)力，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查看發(fā)現(xiàn)內(nèi)力產(chǎn)生主要來(lái)自壓下機(jī)構(gòu)調(diào)整時(shí)，上輥平衡系統(tǒng)對(duì)壓下機(jī)構(gòu)的作用力。

上輥平衡系統(tǒng)：軋機(jī)上輥輥系平衡采用上輥平衡缸托起和軋機(jī)壓下系統(tǒng)共同作用平衡。正常生產(chǎn)時(shí)，壓上和壓下調(diào)整上輥平衡油缸始終處于工作狀態(tài)，造成壓下絲桿與底調(diào)防護(hù)罩之間產(chǎn)生較大摩擦力。蝸桿齒輪軸產(chǎn)生較大軸向力，造成以上故障現(xiàn)象。

4 改造措施

4.1 對(duì)環(huán)面蝸桿減速器蝸桿-齒輪軸軸系進(jìn)行改造

對(duì)蝸輪減速器蝸桿-齒輪軸進(jìn)行改造，保證圓錐滾子軸承2007117承載兩側(cè)軸向力。改造方法：在蝸桿-齒輪軸上M18×30的螺栓固定，保證壓上、下調(diào)整時(shí)，圓錐滾子軸承2007117承載蝸桿-齒輪軸產(chǎn)生的軸向力。這就解決了減速器工作時(shí)較大軸向力承載的問(wèn)題。

4.2 通過(guò)減小系統(tǒng)內(nèi)作用力消除設(shè)備故障

正常生產(chǎn)時(shí)上輥液壓平衡系統(tǒng)系統(tǒng)壓力為8MPa。

拉力 F=PS=8×106×0.125×0.125×3.14=392500 N。軋輥重力G=12000×9.85=118200 N。油缸和軋輥共同作用在壓下絲杠上作用力：392500-118200=274300 N。

作用在壓下絲杠上的摩擦力F=uN=0.6×274300=164580 N，壓下系統(tǒng)作用力很大。

壓下系統(tǒng)作用力很小或?yàn)榱悖陷伷胶飧桌?18200 N。此時(shí)液壓站油壓P=118200/S=118200/（3.14×0.125×0.125）=2.409×106Pa。

調(diào)整上輥液壓系統(tǒng)壓力為2.409×106Pa，可以消除壓下系統(tǒng)內(nèi)力，消除了設(shè)備故障。

5 結(jié)語(yǔ)

改造后設(shè)備運(yùn)行正常，設(shè)備隱患得到解決。通過(guò)對(duì)軋機(jī)壓下系統(tǒng)存在的故障進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，一方面為解決二輥軋機(jī)系統(tǒng)壓下系統(tǒng)問(wèn)題積累經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也為解決系統(tǒng)故障問(wèn)題提供了借鑒。