粗軋立輥減速機(jī)結(jié)構(gòu)分析

杜云松

立輥軋機(jī)主要用于鋼板寬度方向的軋制。其中，立輥減速機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度高，是立輥軋機(jī)中的重要部件之一。本文結(jié)合某鋼鐵公司1780 mm粗軋機(jī)立輥減速機(jī)，簡(jiǎn)要分析立輥減速機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及到的主要問(wèn)題。

1 立輥減速機(jī)結(jié)構(gòu)特征

該立輥減速機(jī)位于立輥軋機(jī)的上部，采用分體式結(jié)構(gòu)，分為左右兩個(gè)獨(dú)立的減速機(jī)，通過(guò)連接螺栓把合在一起，組成立輥軋機(jī)上橫梁。因此工藝性好，便于加工和調(diào)整。由于立輥軋機(jī)的主傳動(dòng)功率和力矩都較水平輥軋機(jī)小，所以采用立式交流變頻電機(jī)傳動(dòng)。兩臺(tái)立式電機(jī)左右對(duì)稱(chēng)布置，驅(qū)動(dòng)立輥減速機(jī)，并通過(guò)主傳動(dòng)接軸帶動(dòng)軋輥，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)板坯的寬度方向進(jìn)行軋制，同時(shí)對(duì)板坯起到破鱗的作用。電機(jī)聯(lián)軸器采用鼓型齒式聯(lián)軸器，具有傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力高等優(yōu)點(diǎn)。在規(guī)格尺寸相同情況下，最大傳動(dòng)力矩比普通齒式聯(lián)軸器高，而且最大偏角大出一倍。另外為滿(mǎn)足立式傳動(dòng)要求，鼓型齒式聯(lián)軸器設(shè)計(jì)為立式結(jié)構(gòu)，充分考慮潤(rùn)滑和軸向定位問(wèn)題。

該立輥減速機(jī)采用上傳動(dòng)式，工作環(huán)境好，能避免水和氧化皮的影響，故障頻率低[1]。該立輥減速機(jī)為單級(jí)傳動(dòng)，中間設(shè)置惰輪，輸入軸齒輪通過(guò)惰輪與輸出軸大齒輪嚙合。惰輪的設(shè)置能夠?yàn)閭鲃?dòng)電機(jī)的布置提供適當(dāng)?shù)目臻g。兩輸出軸的中心距則完全由軋制板寬和壓下量來(lái)決定（見(jiàn)圖1）。

2 輸出軸提升液壓缸結(jié)構(gòu)

輸出軸是立輥減速機(jī)重要部分，其上裝有輸出軸大齒輪、軸承（一個(gè)單列圓柱滾子軸承和一個(gè)雙列圓錐滾子軸承）、提升液壓缸、花鍵軸套、液壓缸橫梁和罩體等。該輸出軸的齒輪為中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)側(cè)連接花鍵軸套，軸套內(nèi)部裝有提升液壓缸，液壓缸的上端固定于罩體的橫梁上，花鍵軸套另一端連接主傳動(dòng)接軸，由輸入軸通過(guò)中間惰輪驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng)接軸驅(qū)動(dòng)立輥旋轉(zhuǎn)。

圖1 立輥減速機(jī)結(jié)構(gòu)

該立輥減速機(jī)輸出軸和傳動(dòng)軸采用了液壓伺服控制系統(tǒng)。由液壓伺服系統(tǒng)控制主傳動(dòng)接軸上方的液壓缸，將主傳動(dòng)接軸和花鍵軸套的重量通過(guò)液壓缸作用于減速機(jī)上箱體（以往一部分重量都作用在輸出級(jí)軋輥的軸承上），以改善齒輪及軋輥的工作狀態(tài)，延長(zhǎng)軋輥軸承的使用壽命。通過(guò)控制液壓缸的進(jìn)油和出油，使花鍵軸套和主傳動(dòng)接軸停留在任意位置，控制精度高。伺服系統(tǒng)的另一個(gè)作用是方便軋輥和主傳動(dòng)接軸更換。換輥時(shí)先用專(zhuān)用的吊具將機(jī)架的中間導(dǎo)板拆除，然后用平衡缸把軋輥移到主傳動(dòng)接軸垂線(xiàn)處，脫開(kāi)側(cè)壓裝置，用液壓缸將萬(wàn)向接軸縮回、脫開(kāi)軋輥，再用平衡缸將軋輥移到軋制中心線(xiàn)處，用吊具把軋輥和軸承箱一起吊出。更換主傳動(dòng)接軸時(shí)由平衡缸把軋輥移動(dòng)到主傳動(dòng)接軸垂線(xiàn)處，再用液壓缸將主傳動(dòng)接軸提起使脫離軋輥，將主傳動(dòng)接軸上下兩部分松開(kāi)。然后，松開(kāi)主傳動(dòng)接軸與減速機(jī)之間的把和螺栓，用吊具將主傳動(dòng)接軸吊出。

2.1 提升液壓缸端頭結(jié)構(gòu)

由于花鍵軸套和主傳動(dòng)接軸等一系列傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的重量要通過(guò)提升液壓缸來(lái)承擔(dān)，而且還要轉(zhuǎn)動(dòng)，所以液壓缸端頭具有特殊結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2）。

正常工作時(shí)，提升液壓缸轉(zhuǎn)子軸套（液壓缸端頭）所在的空間充滿(mǎn)潤(rùn)滑油，轉(zhuǎn)子軸套上端為推力滾子軸承，承受主傳動(dòng)接軸等轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的重量，其下端為滑動(dòng)軸承，由兩個(gè)環(huán)形墊環(huán)構(gòu)成，靠墊環(huán)之間形成的油膜緩沖提升液壓缸伸縮過(guò)程中的沖擊。上端墊環(huán)材料為ZCuAl10Fe3，其具有高的力學(xué)性能，且耐磨性和耐蝕性能好，適用于經(jīng)常受沖擊載荷的工作環(huán)境。下端墊環(huán)材料選用經(jīng)過(guò)調(diào)制處理的42CrMo，有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力，能夠滿(mǎn)足液壓缸端頭的工作環(huán)境要求。在結(jié)構(gòu)上，下墊環(huán)沿圓周方向均勻分布8個(gè)油槽，能夠保證兩墊環(huán)之間填充液壓油以便在上下兩個(gè)墊環(huán)之間形成油楔，易于對(duì)中，并能起到導(dǎo)向作用。軸承座底部?jī)蓚?cè)有O型密封圈，防止?jié)櫥蛷膬?nèi)壁漏下，底部和右側(cè)的螺孔為排污孔和放油孔，裝配時(shí)均須用螺塞堵死，防止漏油。經(jīng)過(guò)軸承區(qū)的潤(rùn)滑油通過(guò)花鍵軸套內(nèi)部的左右油孔流向外花鍵的螺旋導(dǎo)向面，經(jīng)由花鍵軸套內(nèi)壁流入收集罩，最后進(jìn)入減速機(jī)回油管。螺旋導(dǎo)向面的螺旋槽可保證導(dǎo)向面潤(rùn)滑充分，易于形成油楔。

2.2 提升液壓缸配管改進(jìn)

在以往的多個(gè)項(xiàng)目中，現(xiàn)場(chǎng)反饋提升液壓缸配管與罩體之間的連接部位難以安裝維護(hù)，主要是與提升液壓缸連接的軟管總成質(zhì)地堅(jiān)硬且管徑較大，而罩體內(nèi)空間相對(duì)狹小，軟管很難壓彎，即便勉強(qiáng)裝配，又會(huì)因軟管總成對(duì)罩體產(chǎn)生向外推力而給維護(hù)時(shí)的拆卸工作帶來(lái)更大困難（見(jiàn)圖3）。

本次設(shè)計(jì)采用可任意調(diào)整角度的法蘭連接，軟管與罩體連接處采用直通隔壁管接頭，并與罩體連接固定，使該問(wèn)題得到徹底解決（見(jiàn)圖4）。

圖2 提升液壓缸缸頭結(jié)構(gòu)

3 潤(rùn)滑和冷卻

圖3 改進(jìn)前提升液壓缸配管

圖4 改進(jìn)后提升液壓缸配管

采用稀油循環(huán)，噴油潤(rùn)滑方式，減速機(jī)的箱體內(nèi)基本上不存油，可保證散熱良好，潤(rùn)滑系統(tǒng)中設(shè)有冷卻裝置及加熱裝置和過(guò)濾器，使油溫保持在允許的范圍內(nèi)，采用內(nèi)部配管，通過(guò)噴嘴潤(rùn)滑冷卻齒輪嚙合點(diǎn)并形成油膜，提高齒部的承載能力。潤(rùn)滑油通過(guò)油路流經(jīng)軸承滾動(dòng)體后流回箱體，帶走摩擦產(chǎn)生的熱量，做到潤(rùn)滑冷卻一步完成。

4 軸承配置

輸入軸的游動(dòng)端因主要承受徑向力而選用雙列短圓柱軸承，固定端既承受徑向力又承受軸向力選用雙列圓錐滾子軸承。

為了保證對(duì)花溪區(qū)紅巖水庫(kù)數(shù)據(jù)錄入的準(zhǔn)確性和效率性，需要采用本地?cái)?shù)據(jù)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)結(jié)合錄入方式對(duì)應(yīng)基礎(chǔ)工程數(shù)據(jù)的錄入。如果在對(duì)相關(guān)工程數(shù)據(jù)進(jìn)行錄入發(fā)現(xiàn)格式錯(cuò)誤，可調(diào)用WEbService軟件出發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)過(guò)程，對(duì)于相關(guān)數(shù)據(jù)直接對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)列表進(jìn)行文件域名修改。

輸出軸為兩端固定，上側(cè)選用大型雙列圓錐滾子軸承，在承受徑向力同時(shí)承受軸向力；下側(cè)因主要承受徑向力故選用大型雙列圓柱滾子軸承。

5 軸承壽命計(jì)算

該立輥減速機(jī)的電機(jī)功率P=1500 kW，轉(zhuǎn)速N=110～275 rpm，傳動(dòng)比i總=4.19，每天工作24 h，每年正常工作300天，總運(yùn)行時(shí)間為10年，因此軸承壽命應(yīng)該＞72000 h。

（1）額定轉(zhuǎn)矩計(jì)算

式中，T—輸入轉(zhuǎn)矩；T1—輸入軸轉(zhuǎn)矩。

（2）齒輪嚙合作用力計(jì)算

式中，αn—齒形角，取αn=20°；β—分度圓螺旋角，取 β=10.5°；Ft1—輸入端齒輪切向力；Fr1—輸入端齒輪徑向力；Fa1—輸入端齒輪軸向力。

（3）軸承徑向力計(jì)算

雙列圓錐滾子軸承：

（4）輸入側(cè)軸承壽命計(jì)算

初選雙列圓柱滾子軸承為NNU4068/W33X.C3(?340×?520×180)，參數(shù)：C=2490、徑向載荷 Fr=Fr1=266749 N。

因只承受徑向載荷

此軸承合格。

初選雙列圓錐滾子軸承為 No.352064×2(?320×?480×210/160)，參數(shù)：Y1=1.6、e=0.42 、C=2540。

此軸承合格。

6 結(jié) 語(yǔ)

該立輥減速機(jī)投入使用后，現(xiàn)場(chǎng)反饋良好，尤其改進(jìn)后的提升液壓缸配管很容易進(jìn)行裝配，提高了生產(chǎn)效率。但由于用戶(hù)要求的設(shè)計(jì)周期較短，對(duì)于一些關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)仍存在繼續(xù)優(yōu)化的空間。

[1]徐洪濤.1422mm粗軋立輥減速機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn).《一重技術(shù)》，2006(5).

[2]鄒家祥.《軋鋼機(jī)械》 [M].北京.冶金工業(yè)出版社.1989.

[3]譚慶昌趙洪志.《機(jī)械設(shè)計(jì)》 [M].北京.高等教育出版社.2004.