高線軋機減定徑增速箱S5軸改造

張文斌

摘 要：減定徑增速傳動箱是高線軋機的關鍵設備之一。它的安全性直接影響到高線軋機的高效性和穩定性。本文針減定徑增速傳動箱S5軸的事故進行分析，對S5軸離合器軸承進行改造。

關鍵詞：增速傳動箱;離合器齒輪;油膜軸承;傳動支撐

中圖分類號：TG333 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）06-0110-02

0引言

高速線材軋機的生產線的順利生產，對實現線材產品的品種結構調整、滿足國民經濟的發展需要，做出了突出的貢獻[1]。安鋼高速線材軋機是安鋼集團進行產品結構調整的重點工程，關鍵設備由美國摩根公司負責設計制造，如預精軋機、精軋機組、減定徑機組、吐絲機等。設計最大操作速度120m/s，最小輥徑時保證軋制速度112m/s，采用高架式布置，最多軋制30道次。選用坯料為：150mm×150mm×12000mm連鑄方坯，產品規格為：φ5.5～φ22mm光面盤卷和φ6～φ16mm螺紋盤卷，盤卷重約2t，設計年產量40萬噸。該線生產鋼種為：碳素結構鋼、優質碳素結構鋼（20#～85#）、低合金鋼（HRB335）、彈簧鋼（60Si2Mn）、焊條鋼（H08A）、冷鐓鋼（ML10～45）、軸承鋼（GCr15）等。

全線共有軋機30架，其中粗中軋機14架，呈平立交替布置;預精軋機4架、精軋機8架、減定徑機4架為美國摩根公司生產的V型軋機，采用45°頂角形式。位于無扭精軋機后面的減定徑機組，它由四架V形軋機組成，采用橢圓-圓-圓-圓工藝孔型軋制，能夠達到精確的產品尺寸公差和最優的表面質量，從而使產品尺寸公差控制在±0.1mm范圍內。高線減定徑機組由一臺3200kW交流變頻電機通過一個增速傳動箱集中對四架軋機傳動。其中增速傳動箱箱體分為兩層結構，共有14根傳動軸，有九個拔叉式離合器，通過撥叉調整離合器工作位置來改變嚙合的齒輪從而實現196種不同的速比，滿足各類規格不同速比的軋制工藝要求。

1存在的問題

1.1改造前系統情況及工作原理

增速傳動箱由兩層箱體構成，上層有5根軸，輸入軸命名為S2軸、依次為S3軸、S4軸、S5軸、S6軸;下層有8根軸，依次為S7-S15軸。工作原理為電機驅動S2軸，經過齒輪嚙合傳遞至S5軸，上層和下層就是靠上箱體的S5軸和下箱體的S7軸連接傳動，實現增速箱整體傳動帶動錐箱進行線材軋制。

1.2存在問題

增速箱出現的若干次設備事故中，有80%的事故為S5軸事故，突出問題就是S5軸離合器齒輪軸承損壞。高線減定徑增速傳動箱S5軸離合器軸承原設計使用的是圓錐滾子軸承，由于該軸承受較大載荷，而且轉速較高，使得離合器軸承使用壽命達不到一年使用的要求，從而被迫停產檢修，檢修一次至少需要3天時間。

該軸承失效形勢明顯，主要由軸承外圈剝落，內圈滾道有較深壓痕，保持架斷裂，滾子表面磨損等失效形式。該軸承結構如圖1所示：圖中052為離合器球軸承，由于增速箱上下兩曾箱體就是靠上箱體的S5軸和下箱體的S7軸連接傳動，承載所有扭矩，但是052軸承設計時考慮軸上空間實際位置選型時采用SKF軸承/T4DB160軸承，該軸承內圈厚度僅30mm，軸承較薄，承載能力不夠，是整個系統的薄弱環節，滾動體容易疲勞點蝕，保持架易斷裂，軸承壽命短，突發事故多，嚴重制約生產。

2改造方案以及實施過程

2.1改造方案的制定

為了保證生產順利進行，控制和減少設備事故發生，減輕維護人員維修和維護工作量，必須針對以上情況進行相應改造。通過針對以上出現的故障問題進行分析，重點進行S5軸離合器軸承改造，滿足高線生產需求。

S5軸改造是根據安鋼設備具體實際情況以及安鋼產品工藝特點，量身定做的一套升級方案。設計的總原則為增速傳動箱整體使用各項參數不能變動，新設計的S5軸成套備件可與原來的S5軸成套備件直接進行互換，所有設計到的傳動速比不能更改，也就是說所有傳動齒輪齒數以及模數不能改變。為此安陽鋼鐵集團公司與原制造廠家進行多次溝通，并借鑒國內其他高速線材廠的經驗，決定將S5軸離合器軸承由原來的圓錐滾子軸承改造為油膜軸承。

改造方案：在保證齒數和外部尺寸不變的情況下對離合器齒輪內部結構改變，改變S5軸內部油路，將球軸承改造為油膜軸承。改造后使用油膜軸承的優點為齒輪的支承面積大大提高，此時承載能力也大大提高，齒輪傳動更加平穩，換擋過程穩定，不易偏離，旋轉精度高、摩擦阻力小、并且對轉速的適應性和抗震性非常好，不會出現類似直接抱死等惡性事故。同時由于增速傳動箱單獨有液壓站進行供給潤滑油，油膜軸承在高品質的潤滑保證下的壽命非常高，磨損小且均勻，軸承間隙更易控制，這在離合器換擋過程中更加保證了離合器齒輪與軸上的離合器齒的同軸度，使得齒式離合器的運行更加穩定。

2.2改造的原理

由圓錐滾子軸承改造為油膜軸承的關鍵在于軸轉動時的定位情況。利用三組油膜軸承安裝解決離合器齒輪在高速旋轉中的定位問題。從圖2可以看到S5軸旋轉時上下定位是靠離合器齒輪內部圖號為027的一對油膜軸承進行控制，軸向運動的定位就是靠圖四028、029止推油膜軸承進行定位，從而保障了S5軸的整體穩定運行。由于改為油膜軸承油壓勢必就要加大，根據核算，日常維護中將油壓由原來現場實際的2.5公斤增加到3.5公斤以上，原有液壓站局部提高壓力的能力，不需要進行大的改動。

2.3改造實施過程

此次改造經過一系列的設計、選型、安裝調試后一次試車成功，并于2017年12月利用高線軋機設備大修時間正式投入使用，設備運轉至今約二年時間，未出現任何設備故障，且設備振動值明顯減小。

同時更換下來的S5軸整體備件與改造后的S5軸成套備件整體安裝尺寸一樣，作為事故備件使用，不會造成備件的浪費。

3結論

經過兩年以上的設備運行發現，改造后的油膜軸承在運行的穩定性和可靠性上比原滾動軸承更有優勢，尤其在離合器換擋的可靠性上尤其突出。18年、19年設備維護人員利用大修時間針對離合器進行綜合檢查，檢查發現離合器齒輪齒面沒有出現之前的磨損和塑性變形情況，油膜軸承也運行良好。此項目升級改造，在投用后極大穩定了軋制極限小規格的尺寸時的振值，同時提高了工藝新開發鋼種的質量保證能力，實現了高強焊絲鋼、高強彈簧鋼、合金冷鐓鋼系列的無故障軋制。綜上所述，此次改造是一次成功的改造。本文提出的改造方案對同類型的改造或結構設計有一定的借鑒意義。

參考文獻

[1] 房世興.高速線材軋機裝備技術[M].北京：冶金工業出版社，1997.