摩根減定徑變速箱優化改造

唐 嘉，陽志清，黃水華，張成亮

（方大特鋼科技股份有限公司，江西南昌 330012）

0 引言

高線是方大特鋼自動化程度較高的一條生產線，于2007 年3月開始籌建，2008 年10 月投產，年設計能力80 萬噸，主要產品以盤螺為主，其布局為傳統的8+4 布置，精軋和減定徑等關鍵設備采用比較先進的摩根六代機組，成品設計軋制速度為120 m/s。

1 減定徑變速箱結構

摩根減定徑機組是高線的核心設備，它的正常穩定運行關系到產品精度的好壞，減定徑機組的安裝精度和齒輪箱的復雜程度技術含量較高，內部結構復雜，每次檢修時間約為6 d。其中每根軸軸承的安裝尤為重要，裝配的精度是設備運行時間長短的基礎，對每根軸及每盤軸承的清理清潔工作、預潤滑、加熱溫度、安裝要求及標準、線下的檢測都要嚴格遵守摩根設備裝配要求。

摩根減定徑變速箱的構成由3 層箱體構成，變速箱共有9組離合器、14 根軸、72 盤軸承，通過離合器的擋位的變化組合，可提供多種速比；軸承的選用為油膜軸承及摩根專用軸承，對潤滑油的精度等級為NAS6～NAS8（圖1）。

圖1 摩根減定徑變速箱

摩根減定徑變速箱速度快，每根軸承受的軋制力不同，自2008 年運行以來，減定徑變速箱一直作為高線最核心的設備進行維護管理。在近10 年的運行中，減定徑變速箱出現離合器軸承使用壽命短的問題，這些問題是全國高線普遍存在問題，其中原因是每個鋼廠軋制產品規格不同，軋制溫度不同，且存在設計缺陷，目前有些鋼廠通過改進軸承，加大軸承的承載能力來延長設備的使用壽命，但是存在治標不治本的問題。

2 變速箱離合器故障

離合器是變速箱內的掛擋裝置由伺服電機控制，通過碼值的變化來控制離合器零位、工作位、傳動位3 個位置的定位，可以通過各個位置的切換提供各種工藝的速比，實現在不同規格生產時，提供不同的軋制力矩。2018 年以來高線軋制盤螺為主，軸系11 在軋制過程中出現脫擋現象，經過簡單的標零重新定位后恢復正常（圖2）。在后期運行過程中脫擋現象明顯增多，離合器偏離擋位后超出了設定的碼值報警設定值，系統觸發報警信號自動停機。

圖2 變速箱改進前

離合器滑套與齒輪軸花鍵配合，在運行過程中滑套內齒與齒輪軸花鍵由于沖擊載荷而導致配合面發生塑性變形和磨損，2018 年年底大修解體發現滑套與花鍵均有不同磨損，最大深度約為1 mm，下線檢測軸11 圓跳動在0.05 mm 以上，下線的齒輪軸齒面良好無磨損。同摩根專家和國內廠家進行溝通，均沒有此類問題的修復經驗。

離合器原軸承使用的圓錐滾子軸承，使用的摩根定制的軸承，根據軸承外形尺寸應為SKF T4DB160，查相關技術參數其額定參考轉速為2000 r/min，額定極限轉速為2800 r/min，現場軋制時主電機的轉速為1000～1200 r/min，軸承使用時的轉速超4000 r/min，遠超過軸承的額定極限轉速。通常檢修后更換新軸承后設備運行比較穩定，軸承安裝游隙一般為0。在軋制沖擊載荷作用下，軸承不斷磨損，軸承軸向游隙不斷增大，最大時達0.30 mm，導致齒輪運行同心度偏差大，下線解體發現軸承外圈和滾動體有線性沖擊痕跡，保持架出現磨損。以上運行存在的問題導致離合器在軋制的過程中經常會出現離合器不到位的情況發生，而且在搶修的過程耗費時間較長，對產能影響非常大。

3 改進方案及實施

與美國摩根技術人員進行技術溝通，對減定徑變速箱軸系11 進行了改進（圖3），通過和國外專家共同對潤滑系統進行檢查論證，減定徑潤滑站的工作流量875～1000 L/min，工作壓力0.85～1 MPa，工作油溫38±2 ℃，均能滿足改進后軸系的潤滑工況。

圖3 變速箱改進后

采用油膜軸承替代滾動軸承（圖4），軸向定位也使用油膜軸承，加大齒輪配合承載面，同心度得到保證，花鍵軸油膜軸承處增加保護套，預防出現油膜軸承燒損時減少對花鍵軸的損傷。SKF T4DB160 軸承（圖5）的額定動態載荷值為242 kN，疲勞負荷限值為41.5 kN。油膜軸承徑向承載能力為677 kN，軸向承載能力為186 kN，遠高于圓錐軸承的承載能力，只要潤滑油的清潔度、油壓、油溫和含水量得到保證，油膜軸承的使用壽命幾乎是無限的。

圖4 油膜軸承

圖5 SKF T4DB160 軸承

2019 年改進的軸系11 上線安裝，使用至今未出現過脫擋問題，使用情況良好。2021 年利用年修進行檢查，嚴格按照摩根技術要求對安裝的相關參數（包括徑向游隙、軸向游隙和齒側隙等）進行驗證，均在標準范圍之內。進一步拆解后，未發現齒輪外花鍵齒面和油膜軸承有損傷的痕跡。這是因為油膜軸承具有自動調節同軸度的功能，使得齒套內花鍵齒面和齒輪外花鍵齒面嚙合完整，齒面單位面積的承載力保持穩定；另外，外花鍵齒面硬度由38 HRC 提高至42 HRC，同時齒面上鍍以特氟龍材料，大大增加了齒面的耐磨性，外花鍵齒面不會壓潰、磨損，內花鍵齒套就不會受到軸向力的沖擊，也就不會產生脫擋，徹底解決了長期困擾軋鋼廠高線的設備難題。

4 結束語

方大特鋼高線通過對高線核心設備改進，設備穩定性得到了大幅度的提升，運行維修費用明顯下降，產品精度和質量得到了用戶的高度評價，也為設備管理和維護奠定了堅實的基礎，為公司發展做出貢獻。