柳鋼中金熱軋F5減速箱齒輪蹦齒分析

付振剛 勞健 潘禮雙 梁爽

摘 要：本文通過對F5減速箱齒輪蹦齒進行了簡單的分析，產線建設前對產品的定位要有前瞻性，產線主要設備安全系數不能偏小，由于市場變化導致軋制品種改變而設備性能跟不上。

關鍵詞：齒輪蹦齒;輸出力矩計算

概 況

柳鋼中金900mm熱連軋2016年開始建設，2017年6月開始試機投產;初始規劃主體設備有2座加熱爐、5臺粗軋機、9臺精軋機、2臺卷取機;在實際建設過程中私企考慮節省投資建成后的熱連軋主體設備有1座加熱爐、4臺粗軋機、9臺精軋機、1臺卷取機。初始規劃生產品種為不銹鋼：200系列 J4（0Cr15Mn9Cu2NiN）、300系列 （0Cr18Ni9-304），粗軋入口坯料厚度：150 mm，精軋機入口坯料厚度33-36mm，帶鋼寬度為650-730 mm時帶鋼厚度為2.2 - 6? mm。

在2019年1月19日現場點檢員巡檢中發現F5減速箱輸出人字齒齒輪有蹦齒現象，2019年6月20日停產檢修對F5減速機開箱更換人字齒輪，肉眼檢查下人字齒箱體內軸承座底座及筋板焊縫未發現裂紋，更換完成后于2019年7月4日投入使用。

2019年8月28日巡檢發現F5減速機人字齒再次出現斷齒現象，9月8日停機檢修拆F5減速機檢查發現上下人字齒傳動側出現多處崩齒現象（見圖3），上人字齒操作側軸承跑外圈（見圖2），肉眼檢查下人字齒箱體內軸承座底座及筋板焊縫發現筋板焊縫開裂，對上下人字齒崩齒處用不銹鋼焊條補焊修補臨時處理后回裝使用，F5減速箱無整套備件無法整機更換。

故障原因分析

一、軋制品種：投產后主要軋制品種為200系列J4，柳鋼2018年收購后開始試軋制200系列J5，目前主要軋制品種為200系列J3、J5。

從表1中可以發現我們可以看到，J系列的鎳、鉻成分其實并沒特別大的差異，或者說遞增遞減的規律。但是從碳含量、銅含量來看，是最為明顯的。銅含量：J4>J1>J3>J2>J5，碳含量：J5>J2>J3>J1>J4，含碳量越高鋼材硬度越高，因此J1-J5硬度排列：J5>J2>J3>J1>J4。

整條熱軋生產線設備性能在設計時是按200系列J4和300系列304設計的，而200系列硬度高于300系列。在生產線設計時軋制品種考慮的不夠全面，設備性能提升預留量小。

二、F5減速機力矩計算：F5減速機設計安全系數1.75，減速機設計輸出最大力矩為171500N/m，減速機減速比1.75。

①

T（N/m）為電機力矩，E（V）為電樞電壓，I（A）為電樞電流，n（r/min）為電機轉速

F5軋機空轉時E=918V、I=60A、n=328 r/min

2019年10月份提取F5軋機電機數據，空轉時：E=918V、I=60A、n=328 r/min。

軋制品種J5，軋制坯料規格620mm*160mm*10000mm，軋制成品規格620mm*2.0mm，拋鋼時F5軋機電機數據：E=1000V、I=2877A、n=398 r/min。

通過2019年10月份提取F5軋機電機數據計算出的減速箱輸出力矩明顯小于設計軋制力矩。熱軋廠軋機控制系統數據存儲保存目前只能保存一個月的數據，2019年的控制系統數據沒有另外保存已無法提取，2019年F5減速機出現蹦齒問題后已對F5減速機降低軋制力保護齒輪箱，2019年10月份提取數據計算的減速箱輸出力矩不準確無實際對比意義。

三、減速箱設計分析：

F5減速機總重量14噸，減速機采用雙剖分結構（見圖1），剖分線在上輸出齒輪軸中心線上，下輸出齒輪軸傳動側軸承底座焊接在箱體底板上（見圖5）、操作側軸承座在箱體上（見圖4），減速機為二級傳動，減速機軸承位未設計偏心套。

優點：減速機雙剖分結構簡單、重量相對三剖分結構要輕、造價低。

缺點：減速機下輸出齒輪軸拆裝困難，需先將聯軸器法蘭拆除后才能降齒輪軸吊出，多次拆裝后軸承位磨損變形。減速機未設計偏心套在軋鋼廠現場無法對齒輪咬合進行調整。

四、減速箱返廠維修：

熱軋廠停產年修整機拆F5減速箱返廠維修，減速機到東力現場后拆開減速箱根據實際情況確定維修方案。

更換下輸出齒輪軸傳動側軸承座，下箱體底板安裝面銑3mm后補焊10mm鋼板，上下輸出齒輪軸操作側軸承座補焊6mm，補焊完成后對箱體進行退火拋丸處理。退火完成后下箱體底板補焊的鋼板銑掉4mm，上箱體結合面銑0.5mm、下箱體結合面銑2.5mm保證減速機輸出中心線高度，，上下箱體裝配后上鏜床重新鏜孔。

下箱體拋丸除銹后發現下輸出齒輪軸傳動側軸承座底座焊縫有明顯的裂紋，將焊縫用割槍吹掉后重新補焊，用長條筋板焊接加固，現場與東力技術專家分析是下輸出齒輪軸軸向竄動偏大造成焊縫開裂。

結束語

通過軋制品種變化、減速箱設計等方面的原因分析，得出F5軋機主減速機在設計時為降低成本設計安全系數偏小、減速機結構設計不夠合理。

參考文獻

[1] 成大先? 主編? 機械設計手冊（第六版） 冶金工業出版社? ?2016年