2250熱軋廠SSP夾送輥十字萬(wàn)向軸的故障及處理

洪炎豐

摘? 要：2250熱軋廠板坯定寬側(cè)壓機(jī)（slabsizingpress，以下簡(jiǎn)稱SSP）的工作特點(diǎn)是走停式，啟動(dòng)制動(dòng)頻繁，振動(dòng)沖擊載荷大。夾送輥是SSP進(jìn)鋼和拋鋼的主要裝置，分別安裝在SSP的入口和出口。而十字萬(wàn)向軸是SSP夾送輥傳動(dòng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，主要用于傳遞扭矩，同時(shí)承受板坯咬入和側(cè)壓時(shí)產(chǎn)生較大的振動(dòng)沖擊載荷，使夾送輥夾緊并輸送板坯通過(guò)SSP軋機(jī)側(cè)壓。本文針對(duì)2250熱軋廠板坯定寬側(cè)壓機(jī)的夾送輥萬(wàn)向軸故障頻繁問(wèn)題，分析該十字萬(wàn)向軸的故障原因，并提出其處理方法。

關(guān)鍵詞：SSP;夾送輥;萬(wàn)向軸，故障處理

1 前言

2250熱軋廠自投產(chǎn)至今已有5年時(shí)間，根據(jù)檢修履歷統(tǒng)計(jì)，該十字萬(wàn)向軸因故障檢修更換周期一直在縮短，由原來(lái)的1年周期到目前的3個(gè)月。在十字萬(wàn)向軸實(shí)際使用過(guò)程中出現(xiàn)了許多問(wèn)題，如十字包壓蓋螺栓斷裂、十字包磨損、法蘭叉頭斷裂、螺栓松動(dòng)等問(wèn)題，出現(xiàn)故障的部位基本集中在萬(wàn)向軸輥端側(cè)，情況嚴(yán)重時(shí)頻繁造成停機(jī)。現(xiàn)以SSP夾送輥萬(wàn)向軸出現(xiàn)問(wèn)題的機(jī)理作理論分析，并對(duì)其解決方法作簡(jiǎn)要闡述。

2 故障及原因分析

原設(shè)計(jì)夾送輥萬(wàn)向軸是SWP型剖分軸承座十字軸式萬(wàn)向軸，主要由法蘭叉頭、平鍵、十字包及中間伸縮軸組成，如圖1所示。

經(jīng)過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)萬(wàn)向軸的主動(dòng)軸、從動(dòng)軸和中間軸這三個(gè)軸線沒有在同一個(gè)平面之內(nèi)，其布置為空間系統(tǒng)ZZ型，其主動(dòng)軸和從動(dòng)軸為不等角速度傳動(dòng)運(yùn)行。夾送輥十字萬(wàn)向軸在運(yùn)行過(guò)程中的瞬時(shí)角速度每運(yùn)轉(zhuǎn)一周就會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)極小值和兩個(gè)極大值，但是主動(dòng)軸的運(yùn)行速度都是相等的，從動(dòng)軸在運(yùn)行過(guò)程中其后的夾送輥存在著很大的慣性，最終也會(huì)趨于等速狀態(tài)運(yùn)行，那么萬(wàn)向聯(lián)軸器中主動(dòng)軸與從動(dòng)軸運(yùn)行過(guò)程中的角度位移差就需要通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的間隙和變形來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。

引進(jìn)仿真分析結(jié)果可知：系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的最大應(yīng)力出現(xiàn)在十字軸徑和中間位置的過(guò)渡圓弧的地方，并且兩個(gè)對(duì)角位置的應(yīng)力是對(duì)稱的，且等效應(yīng)力數(shù)值是一樣的，都是351MPa。最大的應(yīng)力數(shù)值是514.7MPa。在裝配結(jié)構(gòu)分析結(jié)果中，十字軸和滾子圈接觸區(qū)域大約為150 °左右。這種情況可以表明：在系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下，十字軸與滾子圈的接觸區(qū)域主要在150°區(qū)域左右。螺栓等效應(yīng)力最大數(shù)值是506MPa，其位置在螺栓頭根部的過(guò)渡圓弧處。

十字包壓蓋螺栓斷裂故障，現(xiàn)象為SSP入口夾送輥萬(wàn)向軸輥端的十字包壓蓋4顆M20高強(qiáng)度螺栓全部斷裂。該螺栓為進(jìn)口10.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓，擰緊力矩為700Nm。壓蓋采用端面齒嚙合后加工叉頭內(nèi)孔。根據(jù)原理分析，十字軸與圓柱滾子圈之間的實(shí)際接觸區(qū)域大約為150 °，這將使十字包與叉頭孔產(chǎn)生局部交變彈性變形，形成縫隙容易進(jìn)水腐蝕磨損，隨著磨損加劇間隙增大，壓蓋螺栓也將承受更大的振動(dòng)沖擊載荷，超過(guò)螺栓抗拉強(qiáng)度后發(fā)生螺栓斷裂。而螺栓的最大應(yīng)力位置在螺栓頭根部的過(guò)渡圓弧處，且螺栓在傳遞扭矩中，不僅承受了拉伸應(yīng)力，還承受了一定的剪切應(yīng)力，故螺栓最容易從螺栓頭根部的過(guò)渡圓弧處斷裂，再將其他螺栓從壓蓋端面齒部位剪切斷裂。這與現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)象吻合。

十字包磨損故障，現(xiàn)象為SSP出口下夾送輥萬(wàn)向軸輥端的十字包軸承座標(biāo)志線轉(zhuǎn)動(dòng)錯(cuò)位。根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)不久將造成故障，故及時(shí)安排檢修更換。根據(jù)原理分析，這跟十字包與叉頭孔產(chǎn)生間隙道理一樣，造成間隙后使十字包軸承座在叉頭孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)錯(cuò)位。即使在安裝外表面涂末密封膠也無(wú)法有效防水。

法蘭叉頭斷裂故障，現(xiàn)象為SSP入口夾送輥萬(wàn)向軸輥端的叉頭斷裂，壓蓋螺栓未松動(dòng)。該萬(wàn)向軸為修復(fù)件，主要修復(fù)內(nèi)容就是更換十字包和進(jìn)口螺栓，叉頭孔去除疲勞層后對(duì)焊修復(fù)。從現(xiàn)場(chǎng)斷裂形貌初步判斷是叉頭疲勞斷裂，對(duì)修復(fù)廠家提供資料進(jìn)行分析，缺少探傷報(bào)告。另外，對(duì)叉頭進(jìn)行斷裂失效分析，檢驗(yàn)結(jié)果為，來(lái)樣斷口處開裂始于內(nèi)壁側(cè)，斷口形貌存在裂紋擴(kuò)展臺(tái)階，高倍形貌呈現(xiàn)疲勞輝紋特征，裂紋擴(kuò)展區(qū)斷口形貌呈疲勞輝紋特征，終斷區(qū)位于外壁側(cè)，斷口形貌存在裂紋擴(kuò)展臺(tái)階，高倍形貌顯示斷口形貌已遭磨損。這也驗(yàn)證了初步判斷，屬于修復(fù)件存在裂紋源缺陷造成的故障。

螺栓松動(dòng)故障，現(xiàn)象為SSP入出口夾送輥萬(wàn)向軸輥端法蘭連接螺栓松動(dòng)。根據(jù)原理分析，萬(wàn)向軸與夾送輥靠法蘭螺栓擰緊摩擦力和端面鍵傳遞扭矩。因夾送輥修復(fù)未對(duì)鍵槽進(jìn)行修復(fù)，造成端面鍵和鍵槽配合尺寸超差，容易造成螺栓松動(dòng)故障。

3 改進(jìn)措施及效果

根據(jù)故障原因分析，從兩個(gè)方面制定相應(yīng)的措施進(jìn)行改進(jìn)。一方面，從維護(hù)方面改進(jìn)，對(duì)修復(fù)質(zhì)量進(jìn)行技術(shù)把關(guān)，對(duì)叉頭孔去除疲勞層后本體進(jìn)行探傷，并提高叉頭孔堆焊材料的機(jī)械性能，控制壓蓋端面齒加工精度;對(duì)潤(rùn)滑油脂牌號(hào)進(jìn)行更換提高油品抗壓耐磨耐腐蝕性能，減少十字軸和軸承滾子的磨損。從維護(hù)效果看，修復(fù)件使用壽命能保證三個(gè)月以上。另外一方面，從改善方面考慮，對(duì)夾送輥萬(wàn)向軸結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行改進(jìn)，將SWP型剖分軸承座十字萬(wàn)向軸改成國(guó)產(chǎn)SWC型整體叉頭式十字萬(wàn)向軸，同時(shí)將十字包旋轉(zhuǎn)運(yùn)行的直徑進(jìn)行加大，以加大十字包的整體運(yùn)行強(qiáng)度和效果。由于對(duì)十字包進(jìn)行固定的時(shí)候不使用螺栓，所以這樣就沒有了由于螺栓不牢固而帶來(lái)的安全隱患，同時(shí)也使得十字萬(wàn)向軸在運(yùn)行過(guò)程中的維護(hù)和維修工作變得方便而簡(jiǎn)潔。由于夾送輥十字萬(wàn)向軸自身實(shí)際組成結(jié)構(gòu)的原因，有一部分軸承孔較短，軸承只能進(jìn)入到總長(zhǎng)度的三分之一左右，因此萬(wàn)向節(jié)剛性較差，不適合承受交變載荷和沖擊載荷;固定彈性擋圈是夾送輥十字萬(wàn)向軸的弱點(diǎn)，通過(guò)使用高強(qiáng)度合金彈簧鋼，可以改變這項(xiàng)弱點(diǎn)的存在。實(shí)際使用效果超過(guò)三個(gè)月，但后續(xù)修復(fù)質(zhì)量需重點(diǎn)關(guān)注。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從設(shè)計(jì)選型上應(yīng)充分考慮現(xiàn)場(chǎng)工況，選擇合適結(jié)構(gòu)形式和強(qiáng)度的萬(wàn)向軸。加強(qiáng)對(duì)萬(wàn)向軸的性能特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，提高現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)質(zhì)量，保證夾送輥萬(wàn)向軸穩(wěn)定運(yùn)行。

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