2050熱軋粗軋機(jī)新型組合式萬向接軸的研究及應(yīng)用

欒兆華

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司，山東 日照 276800）

1 前言

2050熱軋線工藝設(shè)計(jì)了R1兩輥、R2四輥兩架可逆粗軋機(jī)，R1工作輥?zhàn)钚≈睆绞?200mm，R2工作輥?zhàn)钚≈睆绞?100mm。如何選型設(shè)計(jì)R1粗軋機(jī)和R2粗軋機(jī)萬向接軸的結(jié)構(gòu)尺寸，盡量最大化地提高R2粗軋機(jī)萬向接軸輥端組件的承載安全系數(shù)，以提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，延長接軸的上機(jī)使用壽命，并降低運(yùn)行成本，是R1、R2粗軋機(jī)主傳動(dòng)萬向接軸選型設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵。

2 技術(shù)研究方案

2.1 研究現(xiàn)狀

國內(nèi)外先進(jìn)典型熱軋線基本采用十字包式和滑塊式兩種萬向接軸技術(shù)方案，個(gè)別軋機(jī)為了增加軋輥端十字包回轉(zhuǎn)直徑，采取了交錯(cuò)式布置結(jié)構(gòu)。十字包式萬向接軸一次上機(jī)使用壽命一般是兩年，采取周期性下機(jī)維修的策略，主要維修內(nèi)容是軋輥端十字包組件，如更換十字包軸承滾珠、軸承圈、密封等零部件，另外就是十字包的磨損、裂紋等檢測。

2.2 確定R1、R2粗軋機(jī)主傳動(dòng)萬向接軸的總體選型

傳動(dòng)接軸是設(shè)備關(guān)鍵重要部件，承擔(dān)著扭矩的傳遞任務(wù)，工況惡劣，由于重載、高速、沖擊等因素的影響，使接軸成為軋機(jī)設(shè)備中的薄弱環(huán)節(jié)，故障及事故頻繁，對(duì)生產(chǎn)造成較大的影響。

工藝技術(shù)設(shè)計(jì)商（德國SMS）推薦了其設(shè)計(jì)的滑塊式萬向接軸技術(shù)方案，且采用稀油潤滑。結(jié)合2050熱軋線R1、R2粗軋機(jī)工藝設(shè)計(jì)參數(shù)，以及十字包式萬向接軸在熱軋板帶軋機(jī)上的廣泛應(yīng)用，最終確定了采用十字包式萬向接軸的技術(shù)方案。

2.3 設(shè)計(jì)R1、R2粗軋機(jī)新型組合交錯(cuò)式萬向接軸的技術(shù)方案，提高R2軋機(jī)接軸承載能力，實(shí)現(xiàn)兩列粗軋機(jī)接軸規(guī)格型號(hào)的互換性

粗軋機(jī)萬向接軸一般根據(jù)軋輥直徑的最小值來確定接軸輥端十字包的回轉(zhuǎn)直徑，由于軋機(jī)工作輥直徑的不同，以及軋機(jī)電機(jī)輸出功率的大小，不同軋機(jī)的萬向接軸回轉(zhuǎn)直徑也不同，但要盡量考慮使接軸輥端十字包回轉(zhuǎn)直徑最大化，確保接軸的承載能力，因而不同能力軋機(jī)的接軸一般不能通用。

另外，由于軋機(jī)主傳動(dòng)接軸的工況是重載、受沖擊且高速回轉(zhuǎn)，輥端十字包一次上機(jī)約兩年后就要下機(jī)維修，考慮到接軸故障率較高，無論是十字包組件還是接軸本體部件，均要有備用備件，又因接軸零部件價(jià)值較高，也造成生產(chǎn)運(yùn)行后的運(yùn)行成本較高。鑒于此，要考慮R1、R2粗軋機(jī)萬向接軸規(guī)格型號(hào)的互換性。

2.3.1 提高R2粗軋機(jī)萬向接軸承載能力的技術(shù)方案研究及設(shè)計(jì)

（1）R1、R2粗軋機(jī)萬向接軸常規(guī)結(jié)構(gòu)技術(shù)方案研究。R1、R2粗軋機(jī)萬向接軸常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案如下圖所示，R1兩輥粗軋機(jī)工作輥直徑最小直徑是1200mm，接軸輥端十字包設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)直徑最大為Φ1190；R2粗軋機(jī)工作輥?zhàn)钚≈睆绞?100mm，其接軸輥端十字包設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)直徑最大只能設(shè)計(jì)到Φ1090。

（2）提高R2粗軋機(jī)萬向接軸承載能力的技術(shù)方案研究及設(shè)計(jì)。如圖1所示，由于軋機(jī)主傳動(dòng)電機(jī)外形尺寸大而軋輥直徑小的原因，上、下接軸在長度方向的工藝布置是帶傾角、喇叭口對(duì)稱式，電機(jī)端十字包回轉(zhuǎn)直徑的設(shè)計(jì)基本不受限制，而軋輥端十字包回轉(zhuǎn)直徑受軋輥?zhàn)钚≈睆降南拗?，但越遠(yuǎn)離軋機(jī)軋制中心線，喇叭口越大，上、下接軸之間垂直方向的空間尺寸越大，若輥端十字包的布置尺寸結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離軋制中線的一定距離，就可加大十字包的回轉(zhuǎn)直徑，R2軋機(jī)萬向接軸輥端十字包回轉(zhuǎn)直徑可達(dá)到1190mm,與R1軋機(jī)萬向接軸的規(guī)格尺寸相同。

圖1 R1、R2粗軋機(jī)萬向接軸常規(guī)技術(shù)方案

2.3.2 R1、R2粗軋機(jī)萬向接軸規(guī)格型號(hào)互換性技術(shù)方案研究及設(shè)計(jì)

如圖1、圖2所示兩種技術(shù)方案，解決了R2粗軋機(jī)萬向接軸承載能力提高問題，R1、R2粗軋機(jī)輥端十字包回轉(zhuǎn)直徑均為1190mm，電機(jī)端十字包回轉(zhuǎn)直徑均為1250mm，十字包組件規(guī)格型號(hào)實(shí)現(xiàn)了完全互換使用，但接軸本體部分不能互換使用。

圖2 R2粗軋機(jī)交錯(cuò)式萬向接軸常規(guī)技術(shù)方案

為了實(shí)現(xiàn)R1、R2粗軋機(jī)萬向接軸的完全互換使用，借鑒圖2所示上、下接軸輥端十字包交錯(cuò)式布置技術(shù)方案，為了“十字包交錯(cuò)”而在十字包與套筒之間增加“短軸聯(lián)接”的技術(shù)思路，在R1、R2萬向接軸沒有短軸設(shè)計(jì)的三根接軸在相應(yīng)位置分別增加“短軸聯(lián)接”，短軸結(jié)構(gòu)尺寸完全一樣，就能實(shí)現(xiàn)R1和R2粗軋機(jī)萬向接軸各部件的完全互換使用。

R2粗軋機(jī)萬向接軸的最終設(shè)計(jì)方案如圖3所示。

圖3 R2粗軋機(jī)新型組合交錯(cuò)式萬向接軸技術(shù)方案

R1粗軋機(jī)萬向接軸的最終設(shè)計(jì)方案如圖4所示。

圖4 R1粗軋機(jī)新型組合式萬向接軸技術(shù)方案

通過上述新型組合、交錯(cuò)式萬向接軸的技術(shù)方案研究、設(shè)計(jì)，R2軋機(jī)萬向接軸輥端十字包回轉(zhuǎn)半徑由原Φ1090增大到Φ1190，不僅提高了承載能力，且又實(shí)現(xiàn)了R1和R2粗軋機(jī)接軸的完全互換性。

2.4 接軸各組合部件之間的聯(lián)接采用端齒加螺栓聯(lián)接技術(shù)，確保組合件聯(lián)接的可靠性

R1、R2粗軋機(jī)萬向接軸運(yùn)行工況比較惡劣，是頻繁重載、正反轉(zhuǎn)高速、受沖擊，而接軸本體采用組合式技術(shù)方案，組合件之間的聯(lián)接可靠性是其中的關(guān)鍵。軸類部件常規(guī)聯(lián)接方式有鉸制孔螺栓、鍵加螺栓、端齒加螺栓等聯(lián)接方式，本技術(shù)方案采用了端齒加螺栓的聯(lián)接方式，確保十字包組件、組合短軸等之間聯(lián)接的可靠性。

2.5 接軸套筒與軋輥扁頭采用多重定位等技術(shù)，提高使用可靠性，延長使用壽命

萬向接軸整體設(shè)有平衡裝置，來平衡接軸的重量，提高接軸整體運(yùn)行平穩(wěn)性，套筒重量一般是有軋輥扁頭來承擔(dān)。在正常生產(chǎn)過程中，軋輥扁頭與接軸套筒接觸面的相對(duì)滑動(dòng)磨損。套筒與軋輥扁頭之間常規(guī)定位是利用安裝在套筒上的定位環(huán)和套筒本體的圓弧面，由于定位環(huán)尺寸限制，加之兩者之間的磨損相對(duì)移動(dòng)磨損存在，造成套筒定位環(huán)和圓弧面磨損過快而使用壽命短。

本技術(shù)方案在原傳統(tǒng)定位的基礎(chǔ)上，又增加了一定位銷軸，實(shí)現(xiàn)了三重定位，大大延長套筒本體的使用壽命。另外，套筒襯板采用矩形下沉式定位，避免與套筒之間的相對(duì)移動(dòng)；襯板固定螺栓頭采用矩形結(jié)構(gòu)定位，避免螺栓在微量松動(dòng)、拉伸等情況下的旋轉(zhuǎn)，避免因螺栓旋轉(zhuǎn)而造成磨損的進(jìn)一步劣化，提高緊固的可靠性。

3 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）R2粗軋機(jī)輥端十字包采用交叉式布置技術(shù)方案，提高了R2軋機(jī)接軸的承載能力和安全系數(shù)，且實(shí)現(xiàn)了與R1軋機(jī)接軸輥端十字包組件規(guī)格型號(hào)的互換性。

（2）萬向接軸（全部4根）采用短軸組合式技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了R1、R2粗軋機(jī)萬向接軸基本所有零部件的互換性，降低了備件成本。

（3）十字包軸承滾珠、密封采用新型設(shè)計(jì)，提高了使用壽命。

（4）扁頭與套筒定位、襯板定位、螺栓固定等采用新的技術(shù)方案，降低了零部件磨損，延長了上機(jī)使用壽命。

4 結(jié)語

本項(xiàng)目技術(shù)開發(fā)，2050熱軋線粗軋機(jī)主傳動(dòng)接軸技術(shù)裝備達(dá)到國內(nèi)國際一流水平，新型組合交錯(cuò)式萬向接軸不僅提高了R2軋機(jī)接軸的承載能力，且實(shí)現(xiàn)了R1、R2粗軋機(jī)萬向接軸的互換使用，降低備件成本600萬元以上。整機(jī)上機(jī)運(yùn)行兩年多實(shí)現(xiàn)了零故障和零更換件的良好預(yù)期，每年降低運(yùn)行維護(hù)成本80萬元以上。