棒材懸臂精軋機(jī)運(yùn)行故障分析與改進(jìn)

供稿|洪榮勇 / HONG Rong-yong

內(nèi)容導(dǎo)讀

設(shè)備正常運(yùn)行是保障生產(chǎn)的前提，通過分析設(shè)備故障現(xiàn)象，深度剖析其發(fā)生機(jī)理，對(duì)設(shè)備缺陷和潛在不利因素進(jìn)行改進(jìn)與預(yù)防，可以有效地避免設(shè)備故障發(fā)生。本文通過對(duì)φ385 mm懸臂軋機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)和運(yùn)行管理制度進(jìn)行優(yōu)化，有效地降低軋機(jī)運(yùn)行故障率，降低了生產(chǎn)成本的同時(shí)增加了經(jīng)濟(jì)效益，為同行業(yè)在精軋區(qū)安全可靠地運(yùn)行φ385 mm懸臂軋機(jī)提供了借鑒。

福建省三鋼集團(tuán)有限責(zé)任公司(簡(jiǎn)稱“福建三鋼”)一棒原生產(chǎn)線采用扭轉(zhuǎn)軋制，生產(chǎn)過程中存在軋制工藝控制不穩(wěn)、主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)落后等問題。另外，新國(guó)標(biāo)實(shí)施后造成噸鋼成本大幅提高，影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[1]。鑒于此，福建三鋼一棒線擬采用高速棒材單線軋制，通過控軋控冷實(shí)現(xiàn)微合金少量化，從而有效降低噸鋼成本[2]。由于φ18 mm螺紋鋼的軋制速度達(dá)到25 m/s且進(jìn)入軋機(jī)時(shí)的紅鋼溫度為820 ℃時(shí)，才能滿足控軋控冷工藝要求，因此調(diào)查研究后，確定最后2架精軋機(jī)采用φ385 mm懸臂軋機(jī)，平立布置，其高軋制力和高速度符合現(xiàn)場(chǎng)的使用工況。然而，改造完成后的2架軋機(jī)運(yùn)行時(shí)，輥箱油膜軸承多次燒損，立式軋機(jī)傳動(dòng)箱軸承損壞2次，頻繁的故障導(dǎo)致生產(chǎn)線多次非計(jì)劃停機(jī)，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)線的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。本文對(duì)2架φ385 mm懸臂精軋機(jī)運(yùn)行故障的原因進(jìn)行了重點(diǎn)闡述與分析，并通過設(shè)備結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和運(yùn)行管理的優(yōu)化，提高了設(shè)備的可靠性和使用壽命。

φ385 mm懸臂軋機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能

φ385 mm懸臂軋機(jī)采用平-立交替布置形式，可消除軋件扭轉(zhuǎn)，減少工藝故障，軋件運(yùn)行穩(wěn)定性加大。軋機(jī)為軋輥箱插入式結(jié)構(gòu)。機(jī)架由軋輥箱和傳動(dòng)箱組成，軋輥箱插入傳動(dòng)箱即構(gòu)成軋機(jī)機(jī)架。軋輥箱體通過法蘭面板與傳動(dòng)箱連接。軋輥箱體內(nèi)裝有偏心蝸輪、蝸桿機(jī)構(gòu)用來調(diào)整輥縫；偏心蝸輪、軸套內(nèi)裝有油膜軸承和軋輥軸。水平軋機(jī)與立式軋機(jī)的軋輥箱可以進(jìn)行互換。

輥縫的調(diào)節(jié)分為自動(dòng)調(diào)節(jié)和手動(dòng)調(diào)節(jié)。手動(dòng)調(diào)節(jié)是通過手搖減速機(jī)帶動(dòng)一根左旋、右旋的蝸桿，使兩組偏心軸套相對(duì)旋轉(zhuǎn)，兩軋輥軸的間距隨偏心套的偏心相對(duì)軋線對(duì)稱移動(dòng)而改變輥縫，并保持原有軋線及導(dǎo)衛(wèi)的位置不變。自動(dòng)調(diào)節(jié)是通過液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)來帶動(dòng)。

輥環(huán)通過錐形襯套直接安裝在懸臂的軋輥軸上，軋輥軸再以薄油膜潤(rùn)滑的滑動(dòng)軸承內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。φ385 mm懸臂軋機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 φ385 mm懸臂軋機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

φ385 mm懸臂軋機(jī)運(yùn)行故障分析

傳動(dòng)箱故障原因分析

福建三鋼一棒線單線控軋改造后，生產(chǎn)線調(diào)試運(yùn)行階段φ385 mm立式懸臂軋機(jī)的傳動(dòng)箱發(fā)生過2次軸承損壞事故，分別為輸入軸中的配對(duì)軸承和二軸下端的配對(duì)軸承。φ385 mm立式懸臂軋機(jī)的裝配圖如圖1所示。

圖1 φ385 mm立式懸臂軋機(jī)裝配示意圖

對(duì)兩次故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行了檢測(cè)分析。第一次故障時(shí)，輸入軸中的配對(duì)軸承保持架斷裂，造成軸承抱死，且軸承外圈軸承套變形，左側(cè)軸承同步抱死，輥箱中的兩根軋輥軸上下高度不一致，出現(xiàn)錯(cuò)輥現(xiàn)象，該故障還造成輥箱油膜軸承燒損，如圖2所示。第二次故障時(shí)，二軸下端的配對(duì)軸承保持架斷裂，也導(dǎo)致了輥箱油膜軸承燒損，且二軸軸頸磨損嚴(yán)重，定距套、壓蓋變形嚴(yán)重，傘齒輪表面出現(xiàn)剝落現(xiàn)象，如圖3所示。

圖2 輸入軸配對(duì)軸承故障圖

圖3 二軸配對(duì)軸承故障圖

通過對(duì)2次故障進(jìn)行總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)，傳動(dòng)箱故障原因是廠家在對(duì)傳動(dòng)箱配對(duì)軸承進(jìn)行設(shè)計(jì)、裝配時(shí)，配對(duì)軸承外圈未壓死，存在軸向竄動(dòng)。軋機(jī)運(yùn)行時(shí)，軸向竄動(dòng)造成軸承保持架斷裂，傳動(dòng)箱發(fā)生故障進(jìn)而引發(fā)輥箱油膜軸承燒損。

輥箱故障原因分析

φ385 mm懸臂精軋機(jī)調(diào)試運(yùn)行階段，共出現(xiàn)過5次輥箱油膜軸承燒損故障，輥箱裝配圖如圖4所示。其中2次為立式懸臂軋機(jī)傳動(dòng)箱故障造成輥箱油膜軸承燒損故障，3次為水平懸臂軋機(jī)輥箱油膜軸承燒損故障，輥箱燒損情況如圖5所示。

圖4 輥箱裝配示意圖

圖5 輥箱油膜軸承燒損故障圖

通過對(duì)水平懸臂軋機(jī)3次輥箱損壞故障進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，油膜軸承燒損有以下原因：

(1)錐套掉壓[3]。零件方面，由于錐套加工不到位造成其內(nèi)腔錐度與軋輥軸的錐度不匹配；輥環(huán)裝配方面，輥環(huán)安裝時(shí)，未按照要求對(duì)所有零件表面進(jìn)行清洗，造成錐套與軋輥軸、輥環(huán)接觸面積不夠。生產(chǎn)時(shí)，在軋制力作用下，錐套掉壓，輥環(huán)松動(dòng)，出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)而破壞軋機(jī)的動(dòng)平衡，造成輥箱油膜軸承燒損。

(2)油膜軸承間隙過小。對(duì)于油膜軸承而言，油膜軸承間隙的大小決定著油膜的薄厚，同時(shí)也影響著最小油膜厚度，進(jìn)而決定著油膜軸承的承載力。軸承間隙過小，造成油膜較薄，無法形成穩(wěn)定、剛性足夠的油膜[4]，造成錐、襯套之間產(chǎn)生邊界摩擦或干摩擦，導(dǎo)致接觸部分溫度過高，進(jìn)而發(fā)生輥箱油膜軸承燒損故障。

(3)換輥工具缺陷。換輥工具由裝輥工裝、卸輥工裝及液壓控制系統(tǒng)組成。專用液壓控制系統(tǒng)用來實(shí)現(xiàn)輥環(huán)的安裝和拆卸。由系統(tǒng)產(chǎn)生壓力，作用在換輥工裝(裝輥和卸輥)上，使輥環(huán)上的錐套壓緊或者松開。由于液壓控制系統(tǒng)和裝輥工裝設(shè)計(jì)上的缺陷，造成錐套打壓時(shí)出現(xiàn)虛假壓力，導(dǎo)致裝輥時(shí)錐套未裝到位。

(4)潤(rùn)滑油黏度不足。油膜軸承油膜的形成，必須使軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，潤(rùn)滑油的黏度及承載情況等匹配恰當(dāng)。對(duì)于載荷大的油膜軸承，宜選用黏度大的潤(rùn)滑油。φ385 mm懸臂軋機(jī)油膜軸承設(shè)計(jì)時(shí)使用的是美孚533#潤(rùn)滑油，黏度不足，導(dǎo)致油膜軸承無法形成油膜。

(5)油溫波動(dòng)大。通過調(diào)研可知油膜形成的最佳溫度為40±2 ℃，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)油溫波動(dòng)較大，偶爾偏離最佳溫度，可能造成油膜無法形成。

(6)油品質(zhì)量不達(dá)標(biāo)[5]。合格的油品質(zhì)量是保證設(shè)備正常運(yùn)行的前提。油品質(zhì)量不達(dá)標(biāo)將直接造成輥箱油膜軸承燒損故障。

φ385 mm懸臂軋機(jī)改進(jìn)及優(yōu)化

設(shè)備改進(jìn)措施

(1)立式軋機(jī)傳動(dòng)箱改進(jìn)措施：一是傳動(dòng)箱在裝配時(shí)，配對(duì)軸承的外圈進(jìn)行壓死，防止軸向竄動(dòng)損壞軸承保持架；二是二軸下端的軸承套上端高度增加10 mm，防止回油雜質(zhì)流入軸承內(nèi)，當(dāng)雜質(zhì)進(jìn)入軸承內(nèi)時(shí)，大顆粒的雜質(zhì)將會(huì)破壞油膜軸承油膜的形成，導(dǎo)致油膜軸承燒損。

(2)輥箱改進(jìn)措施：通過分析油膜軸承運(yùn)行情況發(fā)現(xiàn)，靠近輥環(huán)端的油膜軸承燒損嚴(yán)重且更容易發(fā)生故障；遠(yuǎn)離輥環(huán)端的油膜軸承的使用情況相對(duì)較好。油膜軸承間隙是否合理是關(guān)系軋輥軸和油膜軸承間能否形成正常油膜的關(guān)鍵[6]。一般情況下對(duì)于棒材軋機(jī)來說，軸承間隙最好在軸頸直徑的1‰～2‰之間[3]，靠近輥環(huán)端的軸頸為φ245 mm；因此，將油膜軸承的間隙由0.27～0.32 mm放大至0.40～0.45 mm，提高輥箱的容錯(cuò)率。

(3)油膜軸承油壓：油壓越高，油膜軸承的剛度越高，能夠承載的軋制力越大[7]。因此提高油膜軸承潤(rùn)滑油的進(jìn)油壓力，將進(jìn)油壓力由0.45 MPa提高到0.6 MPa以上。

(4)提高潤(rùn)滑油的黏度：油膜軸承的承載能力與潤(rùn)滑油的黏度成正比，潤(rùn)滑油黏度低，油膜軸承承載能力下降，容易出現(xiàn)金屬接觸摩擦，導(dǎo)致油膜軸承燒損[8]。為了提高潤(rùn)滑油的黏度，將原先的美孚533#潤(rùn)滑油替換成美孚533#潤(rùn)滑油和美孚537#潤(rùn)滑油混合體，兩者比例為2:1，進(jìn)而將潤(rùn)滑油黏度由220 mm2/s提升至250 mm2/s。

(5)潤(rùn)滑油油溫控制：油溫上升時(shí)，潤(rùn)滑油黏度下降，導(dǎo)致油膜軸承承載能力下降。因此在供油管路上增加氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥用來調(diào)節(jié)潤(rùn)滑油的油量和溫度，保證油箱內(nèi)溫度穩(wěn)定在40±2 ℃，回油溫度不超過60 ℃。

管理方面優(yōu)化

(1)定期監(jiān)測(cè)油品質(zhì)量：制定油品化驗(yàn)制度，定期取樣化驗(yàn)油品中水分、清潔度、黏度，保證油品質(zhì)量符合要求。其中，油液含水量小于0.1%，過濾精度為10 μm，油液清潔度7~8級(jí)，黏度變化在±10%之間，如有指標(biāo)超標(biāo)立即對(duì)油液進(jìn)行處理。

(2)增加監(jiān)測(cè)手段：添加輔助設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控φ385 mm懸臂軋機(jī)的溫度和振動(dòng)情況，若其數(shù)值達(dá)到報(bào)警值時(shí)，立即停機(jī)并通知相關(guān)人員對(duì)軋機(jī)進(jìn)行檢查。

(3)制定標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)流程：編寫輥箱裝配標(biāo)準(zhǔn)流程和輥箱使用標(biāo)準(zhǔn)流程，避免人為因素造成輥箱故障。

此外，總結(jié)制定了φ385 mm懸臂軋機(jī)常見故障、原因及解決辦法，如表2所示，大幅提高軋機(jī)的檢修效率，提升設(shè)備生產(chǎn)效率和使用壽命。

表2 φ385 mm懸臂軋機(jī)常見故障原因及解決辦法

改進(jìn)后效果

通過對(duì)φ385 mm懸臂軋機(jī)的設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)和日常運(yùn)行管理上進(jìn)行優(yōu)化，大幅度地降低了軋機(jī)的故障率，輥箱從原先的每月?lián)p壞一次降低為平均三個(gè)月?lián)p壞一次。輥箱油膜軸承燒損一次的設(shè)備維修費(fèi)約17萬元，生產(chǎn)線的停機(jī)更換時(shí)間約150 min，輥箱故障率的降低極大地降低了生產(chǎn)成本，為企業(yè)增加了經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)束語

本文深入剖析了φ385 mm懸臂精軋機(jī)運(yùn)行中發(fā)生故障的內(nèi)在機(jī)理，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)造成設(shè)備故障的原因進(jìn)行分析總結(jié)，并采取了相應(yīng)的措施進(jìn)行改進(jìn)。通過對(duì)φ385 mm懸臂軋機(jī)設(shè)備結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和運(yùn)行管理的優(yōu)化，傳動(dòng)箱裝配要求及結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，輥箱油膜軸承間隙的放大，并配合軋機(jī)運(yùn)行管理的優(yōu)化，輥箱的損壞由每月一次降為平均三個(gè)月一次，極大地降低了設(shè)備運(yùn)行的故障率，節(jié)省了設(shè)備維修費(fèi)和生產(chǎn)線的停機(jī)更換時(shí)間，保證企業(yè)生產(chǎn)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為企業(yè)增加了經(jīng)濟(jì)效益。