型鋼開坯機壓下系統故障及優化方案分析

孔令強

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司型鋼廠， 山東 萊蕪 271104）

1 開坯機使用現狀

山東鋼鐵萊蕪分公司型鋼廠異型生產線，開坯機采用大連重工設計的二輥Φ1200軋機，軋機的主要結構特點為：整體閉口式牌坊，輥系側端拖入、拖出；下輥固定在牌坊上，上輥通過壓下機構壓放來調整上下輥之間輥縫。上輥調整機構是電動壓下機構，電動壓下機構包括電動機、環面蝸桿減速機、壓下螺絲、壓下螺母、球面墊塊、防護罩、提升液壓缸等零部件，其中環面蝸桿減速器采用大減速比、多類型減速齒輪、軟齒面、環面結構型式，是整個系統重要環節。近年來軋機壓下系統中環面蝸桿減速器多次出現故障，致使軋機壓下調整運行不暢，影響軋機調整。

2 軋機壓下系統故障現象

在生產過程中，軋機壓下調整系統環面蝸桿減速器多次出現蝸桿軸軸向竄動的機械損壞故障，主要現象有：環面蝸桿減速器蝸桿-齒輪軸軸向移位約40 mm（向調心滾子軸承側）；調心滾子軸承1516滾動體、保持架脫落，軸承損壞；圓錐滾子軸承完好，軸承位置無變化；在軋機壓上調整時，蝸桿-齒輪軸復位；軋機壓下調整時蝸桿-齒輪軸會發生軸向竄動約40 mm。

一旦出現發生蝸桿-齒輪軸竄動，調心球軸承反復作用就會造成1516滾動體、保持架脫落，軸承損壞，造成齒輪無法嚙合，減速機無法傳動[1]。

3 原因分析

環面蝸桿減速器采用四級傳動三級減速傳動結構型式，前兩級采用斜齒減速，最后一級采用蝸輪-蝸桿減速。

高速軸兩側各采用一盤圓錐滾子軸承7514支撐，軸向固定采用兩側壓蓋固定軸承外圈。二級軸同樣采用斜齒輪傳動，兩側各采用一盤圓錐滾子軸承7514支撐，軸向固定采用兩側壓蓋固定軸承外圈。三級軸采用蝸輪-蝸桿傳動和斜齒傳動兩種傳動結構型式，兩側支撐軸承分別采用成對相對2盤圓錐滾子軸承2007117和一盤調心滾子1516，其中圓錐滾子軸承2007117側為固定端承載軸向力，軸承的固定方式采用箱體與軸承壓蓋固定，軸與軸承只存在單側固定，調心滾子1516側為游動端。蝸輪通過上下箱體軸承固定在箱體上和蝸桿-齒輪軸嚙合[2]。結構示意圖如圖1所示。

圖1 環面蝸桿減速機結構示意圖

1）環面蝸桿減速器蝸桿-齒輪軸運行過程中，軸向竄動（向調心滾子軸承側）根本原因是減速機傳動過程中，軸系產生軸向力，軸向力的方向是指向調心滾子軸承側，這一側蝸桿-齒輪軸無軸向固定，造成軸向竄動。

2）環面蝸桿減速器蝸桿-齒輪軸在外力作用下一旦產生軸向竄動，必須有相反作用力進行平衡。所以在外力的作用下軸向推動調心球軸承1516移動，直到1516軸承頂住外出端蓋，調心球軸承承載蝸桿-齒輪軸的軸向力。由于調心球軸承1516軸向力承載較小，所以軸承常常出現滾動體、保持架脫落，軸承損壞[3]。

3）由于蝸桿-齒輪軸支撐圓錐滾子軸承2007117兩側固定，軸承受力不會產生游動。蝸桿-齒輪軸在圓錐滾子軸承2007117存在軸肩固定，在調心球軸承1516軸向上不存在固定，所以在受力時蝸桿-齒輪軸移動。

4）對壓下和壓上兩種操作時，蝸桿-齒輪軸進行受力分析，如下圖2所示。

圖2 壓下、壓上時蝸桿-齒輪軸受力圖

當壓下系統進行壓下操作時，從圖中可以看出壓下時蝸桿-齒輪軸受力F=F22-F1＞0，方向指向2007117側；蝸桿-齒輪軸在此方向存在軸肩定位，蝸桿-齒輪軸無法竄動。

當壓下系統進行壓上操作時，從圖中可以看出壓上時蝸桿-齒輪軸受力F=F22-F1＜0，合力的方向指向1516側；蝸桿-齒輪軸在合力作用下向1516軸承側竄動，竄動量較大時造成軸承損壞、端蓋頂出的設備事故。

5）分析環面蝸桿減速器內力的產生原因。壓下系統正常調整時不存在較大內力，通過現場查看發現內力產生主要來自壓下機構調整時，上輥平衡系統對壓下機構的作用力。

上輥平衡系統：軋機上輥輥系平衡采用上輥平衡缸托起和軋機壓下系統共同作用平衡。正常生產時，壓上和壓下調整上輥平衡油缸始終處于工作狀態，造成壓下絲桿與底調防護罩之間產生較大摩擦力。蝸桿齒輪軸產生較大軸向力，造成以上故障現象。

4 改造措施

4.1 對環面蝸桿減速器蝸桿-齒輪軸軸系進行改造

對蝸輪減速器蝸桿-齒輪軸進行改造，保證圓錐滾子軸承2007117承載兩側軸向力。改造方法：在蝸桿-齒輪軸上M18×30的螺栓固定，保證壓上、下調整時，圓錐滾子軸承2007117承載蝸桿-齒輪軸產生的軸向力。這就解決了減速器工作時較大軸向力承載的問題。

4.2 通過減小系統內作用力消除設備故障

正常生產時上輥液壓平衡系統系統壓力為8MPa。

拉力 F=PS=8×106×0.125×0.125×3.14=392500 N。軋輥重力G=12000×9.85=118200 N。油缸和軋輥共同作用在壓下絲杠上作用力：392500-118200=274300 N。

作用在壓下絲杠上的摩擦力F=uN=0.6×274300=164580 N，壓下系統作用力很大。

壓下系統作用力很小或為零，上輥平衡缸拉力為118200 N。此時液壓站油壓P=118200/S=118200/（3.14×0.125×0.125）=2.409×106Pa。

調整上輥液壓系統壓力為2.409×106Pa，可以消除壓下系統內力，消除了設備故障。

5 結語

改造后設備運行正常，設備隱患得到解決。通過對軋機壓下系統存在的故障進行改進和優化，一方面為解決二輥軋機系統壓下系統問題積累經驗，同時也為解決系統故障問題提供了借鑒。