粗中軋平剖式減速箱存在問題的分析與改進

陳曉，張煒鋒

（寶武集團八鋼公司軋鋼廠，烏魯木齊 830022）

0 引言

寶鋼集團八鋼公司軋鋼廠棒線分廠1#高線機組建成于2001年，設計產量40 萬t,現年產量達到72 萬t。該產線粗中軋區共有14架軋機平立交替布置組成，其軋機減速箱原為摩根公司設計國內轉化加工制造。該軋機減速箱原設計為平剖式結構，俗稱“箱蓋式”減速箱。其箱體由上箱蓋和下箱體組成，箱體與箱蓋剖分面與軸系中心線垂直分布。該型減速機自達產運轉開始按每隔3年利用年修時間下線檢修。檢修期間發現由于其結構“特殊”,減速箱軸系合箱蓋時困難重重，給檢修帶來極大不便，多次造成了檢修延時；同時，減速箱軸系軸承損壞后造成箱蓋孔磨損嚴重。此后減速機軸承損壞事故頻發，極大影響了生產，增加了設備維護成本。

1 原平剖式軋機減速箱結構形式

目前該產線粗中軋10#立式減速機箱蓋軸承孔多處跑圈磨損，設備狀況最為劣化。我們以10#減速箱為例分析其結構。如圖1所示，減速箱結構主要有上、下箱體、軸系及附件4部分組成。其中下箱體成U形，底部兩側設計有減速箱安裝基面，所有軸系插于下箱體內。上箱體為一整體厚150 mm鋼板加工而成，由螺栓連接蓋在U形下箱體上，形成減速箱殼。在整塊上箱蓋板上對應下箱體加工有軸系軸承孔。各軸承孔同軸度小于0.02 mm，軸承與孔配合間隙小于0.15 mm。軸系對應受力方向上各設計有軸向定位套。減速箱上箱體整體質量為3500 kg，材質為Q345熱軋板；下箱體質量為6400 kg，為Q345熱軋板焊接件。減速箱整體質量為15.6 t。

2 存在的問題及分析

1）檢修時減速箱上箱蓋合箱蓋時，各軸系稍有傾斜就安裝不到位，反復調整多次，造成檢修時間節點不能控制，多次檢修超時。如圖1所示，由于減速箱設計為“箱蓋式”減速箱，下箱體與箱蓋剖分面與軸系中心線垂直分布，與常見立軋減速機以軸系的中心線為剖分面不一致，各孔與軸承配合精度較高，盡管在檢修減速箱時也極力找平下箱體和上箱蓋。但是，減速機內各軸系軸承為調心滾子軸承，軸承外圈人為不可能調整到與軸系中心線完全平行，這就給減速箱合箱蓋時造成很大不便，需要反復試蓋很多次。后來想辦法將整塊上箱蓋在油池中加熱才勉強安裝到位，整個檢修耗時96 h，費時費力，維修成本較高。隨著后期多次檢修，減速箱整體上箱蓋孔磨損嚴重，造成軸系失去徑向定位，更加劇了減速箱劣化，設備維修頻次由每3年1次增加至每半年1次。

2）減速箱上箱蓋用于軸向定位的套固定螺栓強度不足，常出現軸向定位套固定螺栓斷裂，軸承失去限制后松動，導致軸承燒損的事故。在圖1中，軸系Ⅱ和Ⅳ軸在上箱蓋設計有軸向定位套。如圖2所示，由于減速箱上箱蓋為整體蓋板式設計，考慮到箱蓋的盒蓋安裝，其定位套在設計時為直套式，依靠壓蓋內圈上8個M12×40螺栓固定。由于軸系自身重力及軋制切向力都作用在聯接螺栓上，螺栓受到抗拉載荷易發生永久變形及過載斷裂。特別在Ⅳ軸輸出軸上螺栓強度設計不足。我們以Ⅳ軸系粗略受力估算：Ⅳ軸質量為2.5 t，加萬向軸扁頭套質量為2 t，查原設計中軋制軸向力Fa≈26.8 kN，Ⅳ軸軸向合力Fmax=4.5×9.8+26.8=70.9 kN，每顆螺栓實際載荷為8.86 kN，8.8級M12螺栓保證載荷48.9 kN，查《機械設計手冊》取變載荷安全系數為7.5，得出M12許用載荷為6.52 kN[1]，實際載荷大于許用載荷，易發生過載斷裂，導致整個軸系下沉后造成軸承及齒輪損壞的嚴重設備事故發生。同時這種直套式軸承定位套和法蘭蓋一體聯接，須同時控制內隔圈和調整墊高度差，不便于調整軸系軸向竄動。

圖1 平剖式聯合減速箱

3）如圖2所示，原減速箱輸入軸固定端使用24144CC/W33雙列調心滾子軸承，游動端使用23040CC/W33雙列調心滾子軸承的分列布置。此種軸承布置的好處是允許輸入軸與Ⅱ軸有一定位置偏差，降低裝配要求，便于安裝。但該布置造成減速機輸入軸的軸向竄動由固定端調心滾子軸承自身軸向游隙決定，軸向竄動量過大，嚴重影響了螺旋傘齒輪的接觸精度[2]。而且該固定端調心滾子軸承在SKF軸承選型手冊[3]查詢其在噴油潤滑條件下工作轉速為850 r/min，極限轉速為1200 r/min，不能滿足生產工藝要求的轉速（生產不同規格速度調節范圍在800～1300 r/min），造成生產被迫降速軋制，這嚴重制約產線產能的提升。

圖2 原減速箱軸系定位

3 改進措施

1）針對平剖箱蓋式減速機存在的諸多缺點，考慮返修10#減速機箱體加工難度較大，決定新購進一臺減速箱備件。新購置減速箱滿足現場工況條件。如圖3所示，減速箱整體使用立剖形式板材焊接而成，設計減速機結合面平行于軸系中線，箱體平分為左右兩部分，各軸承室均設計有拉桿螺栓及定位銷，減速箱回油管路設計為軟管連接，設備整體總質量減少2.6 t。這些改進的設計，既保證了各軸系位置的不變，又保證了減速箱原有傳動比的不變，同時還保證了與原安裝基面相同。正是有以上特點，新減速箱到位后安裝投入快速完成，很好地滿足現場使用要求。后期改進的減速箱離線檢修箱20 h內就能完工，極大降低維修成本。

2）針對原減速箱上箱蓋用于軸向定位套的固定螺栓強度不足的問題，圖3所示，新的減速箱在軸系Ⅱ和Ⅳ軸上部軸承室內設計有帶“外耳”軸承座。此軸承座下端與軸承外圈固定，其延伸的“外耳”與箱體聯接。這樣改進設計將原壓蓋內圈螺栓承受的載荷轉換為整個軸承座來承受，既解決了定位螺栓易斷裂的問題，又增強了軸系定位端的穩定性，同時便于設備維修時對軸系軸向竄動的控制。

圖3 改進后的立剖式聯合減速箱

3）針對原減速箱輸入軸軸承極限轉速不能滿足生產工藝要求速度的問題，我們校核了軋制力矩，在平衡了軸承過載能力及極限轉速后，將原定位軸承由24144CC/W33改型為23144CC/W33軸承。改進后的軸承工作轉速為1200 r/min，極限轉速為1300 r/min，軸承內徑仍然為220 mm，既滿足了生產對軸承轉速的要求，又避免了輸入軸及軸承套的大改動，實現了最優改進設計。

4 結語

通過對產線原10#平剖式立軋減速箱的改造，經過現場使用實際驗證，新升級改進的減速箱設備結構設計合理、運行可靠、維修方便，取得了良好的效果。改進后的減速箱在投入運行使用的2年多時間里平穩運行，沒有出現軸承損壞、軸齒斷裂等問題，其檢修定換周期也由原先的1 a增長到2.5 a，極大地降低備件消耗成本及職工勞動強度。立式減速機的運行故障也大幅度減少，有力促進了生產的順暢穩定，值得后期將此類型減速機逐一改造升級。