無縫鋼管廠連軋機高速連桿聯軸器系統優化

賈 豹，秦桂偉，胡曉東

（鞍鋼股份有限公司無縫鋼管廠,遼寧 鞍山 114021）

無縫鋼管在國民經濟建設中具有重要作用，被廣泛使用于石油開采、鉆探、航天、軍工等領域中。其產品質量與生產的關鍵設備——連軋減速機密切相關。三輥連軋管機組因具有高產、高效、低耗、設備質量好及產品精度高等優點，近年來在國內得到迅猛發展和應用［1－3］。連軋減速機是熱軋無縫鋼管連軋機重要的動力傳遞媒介［4－6］。鞍鋼股份有限公司無縫鋼管廠連軋減速機是由弧齒錐齒輪與圓柱斜齒輪組合而成，該減速機具有傳動速比大、結構緊湊、輸入與輸出在空間上可以構成多角度傳動的特點。鑒于減速機的重要性，在減速機輸入端與電機輸出端之間的高速連桿處安裝一個聯軸器，當出現軋制原料溫度過低、軋輥故障等情況時，軋制負荷會異常增加，安全聯軸器中的一對安全銷會提前斷裂，使軋制負荷瞬間變為零，此時同一個機架上的三架電機處于扭矩不平衡狀態，軋制信號立即反饋到檢測系統，檢測系統隨即對所有軋輥電機發出停止指令并抱閘停機，從而對減速機與電機起到保護作用。無縫鋼管連軋機有6個機架，每個機架上有3個軋輥，總計18個聯軸器，自2008年投產開始聯軸器事故頻發，影響生產的連續性，增加檢修人力、物力及生產附加消耗。為此對連軋減速機高速連桿聯軸器進行改進非常必要，本文對此加以介紹。

1 安全聯軸器系統

（1）安全聯軸器系統組成

原連桿聯軸器系統的設計如圖1所示，聯軸器系統兩端均為鼓形齒接手，一端安裝在電機的輸出軸，另一端安裝在減速機的輸入軸，中間部分為剛性連桿和安全聯軸器。聯軸器由凸臺套法蘭盤，凸臺軸法蘭盤，兩套軸承及兩組安全銷組成，其中凸臺套法蘭的凸臺套內孔與軸承的外圈配合，凸臺軸法蘭的凸臺軸外徑與軸承的內圈配合，兩個法蘭盤通過軸承套裝組合在一起。凸臺套法蘭通過剛性連桿聯接到減速機端鼓形齒接手，凸臺軸法蘭直接聯接電機端鼓形齒接手。在這兩個法蘭的法蘭孔對稱方向橫穿兩套安全銷，連桿通過法蘭上的兩套安全銷傳遞扭矩，每套安全銷由與法蘭過盈配合的套及安全銷軸組成。在每對法蘭中間位置，安全銷軸在圓周方向上有一個圓弧倒角，此處倒角是安全銷軸強度最薄弱的部位，一旦軋制負荷超過安全銷的設計強度，安全銷軸提前斷裂，對減速機及電動機起到一定的保護作用。

圖1 原安全聯軸器系統

（2）安全聯軸器系統事故統計

鞍鋼股份有限公司無縫鋼管廠安全聯軸器系統2010～2013年事故時間統計如表1所示。從表1中可以看出，導致事故發生頻率較高的原因是是鼓形齒接手不對中，它是制約生產穩定運行的主要因素。

表1 安全聯軸器系統事故時間統計

2 原安全聯軸器系統缺陷分析

（1）鼓形齒接手對中性不好，軸向竄動大

高速連桿的兩端均為鼓形齒接手，鼓形齒存在齒側間隙和齒頂間隙，高速連桿稍微不對中就會發生軸向竄動，由于電機距離減速機較遠，二者對中性稍微不好，會將連桿震動及軸向竄動進一步放大，高速連桿會持續撞擊減速機輸入軸和電機的輸出軸，嚴重影響電機與減速機的使用壽命［7－8］。

（2）鼓形齒接手潤滑不良，加速齒面磨損

正常軋鋼時，軋輥的轉速一直處于高、低速相互轉換的過程，連桿兩端的鼓型齒接手存在齒頂間隙和齒側間隙，高、低速運轉時產生的震動使鼓形齒接手壓蓋螺栓松動，導致壓蓋密封不嚴，潤滑脂被甩出，加劇齒接手磨損。

（3）內部軸承結構易產生軸向撞擊

原始設計的安全聯軸器內部軸承為32020，凸臺式法蘭結構為分體形式，使用中會產生軸向力，安全銷斷裂瞬間對減速機、電機產生較大的撞擊力［9－12］。

（4）連接螺栓強度不夠，頻繁斷裂

凸臺式法蘭結構中，凸臺套、凸臺軸與法蘭之間是分體結構，均由M8×30的內六角螺栓聯接。由于鼓形齒接手在齒頂和齒側存在一定的間隙，在高速運轉的情況下，此內六角螺栓會因震動而斷裂，當螺栓斷裂后安全聯軸器的兩個法蘭會出現間隙，會加快安全銷的磨損或安全銷會加速疲勞而斷裂。

以上任何一個因素都會使連桿震動加大，導致安全銷斷裂，而非對電機或減速機的保護性斷裂。安全銷的斷裂輕則造成軋機停機，重則因各架軋輥轉速不匹配發生堆鋼事故。

3 改進方案

（1）接手結構形式改進

如圖2所示，將原鼓形齒結構接手改為滾珠接手。滾珠接手為無間隙大傾角接手，可以消除接手的間隙并能增大節點傾角，降低電動機與減速機對中性的要求；同時在連桿兩端設計并安裝緩沖碟簧，使連桿在軸向竄動對電動機及減速機產生撞擊時起到一定的緩沖作用。

圖2 改進后安全聯軸器系統

（2）密封結構形式改進

原“O”型圈密封固定在鼓型齒壓蓋上，當壓蓋螺栓因震動斷裂后，“O”型圈的密封作用就會失效。將原始“O”型圈密封結構改進為Y型唇邊密封，提高密封圈對現場傳動及擺角的適應能力，密封效果更好。

（3）凸臺法蘭結構及軸承型號改進

將凸臺套式法蘭及凸臺軸式法蘭改為整體結構，增強安全聯軸器的整體強度。將安全聯軸器內部的雙列圓錐軸承32020改為深溝球軸承61824，使其在旋轉過程不產生軸向力，提高安全聯軸器的使用壽命。

4 改進效果

鞍鋼股份有限公司無縫鋼管廠連軋機在線總計有18個安全聯軸器，只要有一個安全聯軸器出現故障都會被迫停止生產，原設計的安全聯軸器故障率高，停機檢修時既浪費人力、物力，又浪費能源，嚴重制約生產的連續性。改進后的設備結構設計沒有缺陷，偶爾由于人為原因導致事故發生,運行壽命顯著增長，改進后安全聯軸器事故統計時間見表2。

表2 安全聯軸器系統事故時間統計

改進前、后安全聯軸器壽命情況如表3所示。

表3 安全聯軸器系統改進前后壽命情況

在軋制量相同的情況下，改進后的安全聯軸器實際使用時間是改進前的九倍，超出額定設計壽命。此項改進自2013年1月使用至今，效果良好。該技術的應用，解決了制約生產連續性的難題，節約備件費用、避免人力資源的浪費，為降本增效做出積極的貢獻，并且對同行業設備改進具有一定的參考價值。

5 結語

（1）將鼓型齒接手改為滾珠接手徹底解決了因接手對中性不好帶來的連桿震動及軸向竄動問題，連桿端碟簧的設計對連桿撞擊起到一定的緩沖作用；

（2）將凸臺套式法蘭及凸臺軸式法蘭改為整體結構，增強了安全聯軸器的整體強度；

（3）將安全聯軸器內部32020型號的雙列圓錐軸承改為61824型號的深溝球軸承，提高了安全聯軸器的使用壽命，大幅度降低了安全聯軸器系統因為本身存在的缺陷造成的安全銷斷裂。

通過對原高速連桿安全聯軸器存在的設計缺陷進行系統分析，并按照上述方式進行改進，實現了設備平穩運行，設備事故率及維護工作量大幅降低，從而實現了降低生產成本的目標。

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