短應(yīng)力軋機(jī)減速機(jī)軸承故障分析

邱開慧 王程

摘 要：目前由于下游建筑行業(yè)走勢出現(xiàn)斷崖式式下滑，鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)形勢日趨嚴(yán)峻，棒材行業(yè)首當(dāng)其沖，品種規(guī)格單一，折舊高等因素造成的產(chǎn)品競爭力逐漸降低。為了充分提升產(chǎn)線競爭力，必須突破原有設(shè)計(jì)范圍，開展有競爭力的高強(qiáng)鋼系列品種的生產(chǎn)。另外由于行業(yè)內(nèi)卷嚴(yán)重，很多產(chǎn)線都采取提速增產(chǎn)的方式來攤薄成本，相對(duì)于常規(guī)棒材軋制，短應(yīng)力軋機(jī)減速機(jī)的負(fù)荷增幅很大，造成短應(yīng)力軋機(jī)減速機(jī)故障頻率增加明顯。針對(duì)某鋼廠成品軋機(jī)減速機(jī)軸承故障，結(jié)合軸承廠家提供標(biāo)準(zhǔn)與制造廠家提供標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，給出軸承故障的原因分析以及調(diào)整策略。

關(guān)鍵詞：短應(yīng)力；減速機(jī)；軸承；保持架

ANALYSIS OF BEARING FAULTS IN THE REDUCER OF SHORT STRESS ROLLING MILL

Qiu Kaihui? ? Wang Cheng

（Wuhan Iron and Steel Co.， Ltd.? ? Wuhan? ? 430083，China）

Abstract：At present， due to the trend of the downstream construction industry， the production situation of the steel industry is becoming increasingly severe， the bar industry is bearing the brunt， the variety specifications are single， and the high depreciation factors will inevitably cause the product competitiveness to gradually reduce. In order to fully enhance the competitiveness of the production line， it is necessary to break through the original design range and carry out the production of competitive high-strength steel series varieties. In addition， due to the serious coil in the industry， many production lines adopt the way of increasing speed and increasing production to dilute the cost. Compared with conventional bar rolling， the load of short-stress mill reducer increases greatly， resulting in a significant increase in the failure frequency of short-stress mill reducer. Aiming at the bearing failure of a finished mill reducer in a steel mill， this paper compares the standard provided by the bearing manufacturer with the standard provided by the manufacturer， and gives the cause analysis and adjustment strategy of the bearing failure.

Key words： short stress; reducer; bearings; cage

0? ? 前? ? 言

某棒材廠系該廠聯(lián)合中冶集團(tuán)某設(shè)計(jì)院成功開發(fā)的一種三通道棒材生產(chǎn)線。該廠于2022年1月建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量120萬t。2022年底以來鋼鐵行業(yè)形勢日趨嚴(yán)峻，該產(chǎn)線為了壓縮成本并適應(yīng)市場需求，加快軋制節(jié)奏，并且嚴(yán)控負(fù)差，軋機(jī)和減速機(jī)的狀態(tài)出現(xiàn)惡化。因此作者聯(lián)合軸承廠家和制造廠家共同對(duì)該廠減速機(jī)軸承故障的原因進(jìn)行深入剖析，找出故障產(chǎn)生的根本原因，保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

1? ? 故障概況

2023年3月24日，C通道軋制R32規(guī)格時(shí)，成品軋機(jī)18架減速機(jī)（立式軋機(jī)）出現(xiàn)異響，現(xiàn)場檢查確認(rèn)，減速機(jī)二軸部位有輕微異音，過鋼時(shí)一軸測振值3.3 mm/s，二軸測振值2.7 mm/s與日常運(yùn)行狀態(tài)無區(qū)別，監(jiān)護(hù)生產(chǎn)。待工藝換輥時(shí)，同步開蓋檢查二軸軸承狀況，發(fā)現(xiàn)上軸承鋼保持架破裂（圖1）。該損壞軸承位于減速機(jī)二軸固定端，由兩列圓錐滾子軸承“面對(duì)面”配對(duì)使用，二軸解體后，上列軸承保持架已磨損殆盡，下列軸承保持架尚在，但部分滾動(dòng)體存在嚴(yán)重磨損且內(nèi)圈破裂。

2? ? 軋制過程參數(shù)分析

1） 故障發(fā)生時(shí)，檢查其本體稀油供油管壓力2.4 bar（標(biāo)準(zhǔn)1.8 ～ 2.2 bar），測量二軸軸承盒處溫度48 ℃，無異常。異響發(fā)生后，仍持續(xù)生產(chǎn)1.5 h，監(jiān)護(hù)生產(chǎn)時(shí)未發(fā)生異常溫升及振動(dòng)變大，說明該部位潤滑無異常。

2）觀察故障事件前后的軋件溫度趨勢，軋件溫度850 ～ 950 ℃之間波動(dòng)，每支鋼的波動(dòng)區(qū)間相對(duì)穩(wěn)定，無低溫鋼。

3）觀察故障事件前后的電機(jī)轉(zhuǎn)矩趨勢，轉(zhuǎn)矩在55% ～ 68%之間波動(dòng)，每支鋼的波動(dòng)區(qū)間相對(duì)穩(wěn)定，軋制過程中轉(zhuǎn)矩曲線出現(xiàn)尖峰，瞬時(shí)峰值為78%，較正常軋制范圍，峰值時(shí)間與軸承因破裂突發(fā)異響情況吻合。

4） 觀察故障事件前后的減速機(jī)各測溫點(diǎn)趨勢，溫度值在45 ～ 55℃之間，無異常。

通過分析，軋制過程未見異常，與軸承保持架故障沒有直接關(guān)聯(lián)性。

3? ? 軸承裝配尺寸分析

減速機(jī)二軸軸承盒裝配結(jié)構(gòu)見圖2，該故障軸承型號(hào)32044X，軸承寬度b1=57 mm，兩列軸承面對(duì)面配合使用，下列軸承外圈固定在軸承盒內(nèi)；下列與上列軸承外圈之間有一部件隔環(huán)1，寬度L1=38 mm，作用是通過寬度尺寸控制軸承工作游隙；上列軸承外圈與軸承壓蓋之間有一部件隔環(huán)2，寬度L2=30 mm，作用是通過寬度尺寸控制將軸承外圈壓緊。

1）軸承裝配尺寸實(shí)測及數(shù)據(jù)分析。

測量軸承盒端面至內(nèi)孔深度h1=190.0 mm，端蓋上凸臺(tái)高度h2=8.1 mm；兩列軸承面對(duì)面放置時(shí)，外圈之間間距38.4 mm；隔環(huán)1測量寬度L1=38.8 mm；隔環(huán)2測量寬度L2=29.1 mm，軸承外圈寬度測量b1=57.0 mm。軸承盒內(nèi)的圖紙裝配尺寸鏈為b1×2+L1+L2+h2=h1，即當(dāng)軸承外圈被壓緊時(shí)，端蓋與軸承盒之間剛好無間隙；通過游標(biāo)測量的裝配尺寸鏈為57×2+38.8+29.1+8.1=190 mm。設(shè)計(jì)裝配尺寸鏈與實(shí)物裝配尺寸鏈雖不存在誤差，但是該尺寸鏈設(shè)計(jì)的過于理想，外圈處于壓緊狀態(tài)臨界值，在軸向沖擊載荷的作用下，即使外圈壓蓋壓緊，軸承仍然會(huì)出現(xiàn)竄動(dòng)。

2）壓蓋安裝后尺寸實(shí)測與分析。

軸承安裝完畢后，擰緊軸承端蓋螺絲時(shí)，發(fā)現(xiàn)端蓋上M20×55（8顆）螺栓彈簧墊存在些微未壓緊狀態(tài)，將彈簧墊拆掉后擰緊時(shí)，螺栓六角頭與端蓋存在約3 mm間距，軸承盒上螺孔螺紋過短，造成螺栓“假擰緊”狀態(tài)，端蓋存在未壓緊的可能，進(jìn)而造成軸承竄動(dòng)。

4? ? 減速機(jī)安裝精度分析

考慮到軸承保持架破裂可能與軸向沖擊有關(guān)，故對(duì)可能產(chǎn)生軸向沖擊的有關(guān)環(huán)節(jié)進(jìn)行排查，結(jié)合現(xiàn)場工況實(shí)際考慮，通常聯(lián)軸器不對(duì)中、箱體地腳松動(dòng)、軋制扭矩過大是較為常見原因，本文前面已闡述過軋制PDA數(shù)據(jù)表面軋制扭矩?zé)o異常，故不再重復(fù)論述，重點(diǎn)對(duì)聯(lián)軸器對(duì)中和箱體緊固方面進(jìn)行分析。

1）減速機(jī)與電機(jī)聯(lián)軸器安裝精度分析。

通過激光找正儀對(duì)減速機(jī)及電機(jī)聯(lián)軸器進(jìn)行檢測，水平偏差0.08 mm，垂直偏差0.05 mm，均在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，故減速機(jī)與電機(jī)聯(lián)軸器的對(duì)中正常，與軸承故障無直接關(guān)聯(lián)。

2）減速機(jī)基礎(chǔ)安裝精度分析。

反查減速機(jī)歷史振動(dòng)測量數(shù)據(jù)，二軸的水平振動(dòng)數(shù)值在1～2 mm/s區(qū)間，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為不大于3 mm/s，振動(dòng)相對(duì)平穩(wěn)；垂直振動(dòng)數(shù)值在3～5 mm/s區(qū)間，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為不大于3 mm/s，波動(dòng)范圍相對(duì)較大，但是基于成品機(jī)架減速機(jī)振動(dòng)值普遍偏大的事實(shí)考慮，振動(dòng)范圍我們控制在不大于4.5 mm/s，但是垂直振動(dòng)數(shù)值仍然超標(biāo)。反查維護(hù)記錄，二軸軸承故障發(fā)生前地腳螺絲多次出現(xiàn)松動(dòng)并緊固的記錄，且在緊固后仍然出現(xiàn)松動(dòng)，減速機(jī)入口側(cè)及出口側(cè)的垂直振動(dòng)數(shù)值存在偏差，其中入口側(cè)偏大0.6 mm/s，懷疑減速機(jī)安裝面可能出現(xiàn)異常。將減速機(jī)下機(jī)進(jìn)一步檢查，減速機(jī)箱體底面因螺栓孔距與現(xiàn)場不符，故底板經(jīng)過火焰，安裝面存在不平整且整體變形的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)箱體結(jié)合面重新加工、把合后上機(jī)床加工，安裝底面減少0.5 mm后方基本見光，但仍可看到底面一角存在黑皮，見圖3，證明減速機(jī)底板存在較大氣割變形，與振動(dòng)值增大且入口和出口存在偏差有直接關(guān)聯(lián)性。

5? ? 改進(jìn)措施及結(jié)論

1）該廠此減速機(jī)二軸軸承隔環(huán)1修磨0.2 mm，將凸臺(tái)加工至8.5 mm，確保軸承安裝后尺寸鏈處于過贏壓緊狀態(tài)，另外將壓蓋螺孔攻絲，增加螺紋長度，確保壓蓋螺絲能夠?qū)荷w緊固后，軸承運(yùn)行穩(wěn)定，振動(dòng)值也回歸正常。承載軸向力的軸承，尤其是配對(duì)使用軸承，出現(xiàn)軸向竄動(dòng)，必須對(duì)軸承盒內(nèi)尺寸鏈進(jìn)行核實(shí)并予以修正，否則對(duì)軸承的使用壽命影響很大。

2）減速機(jī)箱體安裝面的精度和地腳螺栓的日常緊固檢查對(duì)于減速機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要。該廠減速機(jī)底板安裝面地腳孔螺栓現(xiàn)場安裝時(shí)，由于地腳螺栓預(yù)埋位置與圖紙要求偏差很多，致使減速機(jī)無法安裝，施工人員使用火焰氣割，將減速機(jī)底板安裝孔切割為不規(guī)則長型孔，一方面減速機(jī)底板強(qiáng)度大幅下降、另一方面氣割高溫火焰導(dǎo)致減速機(jī)安裝底板變形、扭曲，減速機(jī)地腳螺栓安裝把合后，可能導(dǎo)致減速機(jī)內(nèi)軸承同軸度改變，齒輪嚙合改變及箱體應(yīng)力變化、箱體產(chǎn)生變形。將減速機(jī)送至修理廠將安裝面及螺栓孔重新加工后返回現(xiàn)場安裝，振動(dòng)值和震動(dòng)偏差值均回歸正常。