高速線材吐絲機(jī)故障分析及改進(jìn)

郭先任，陳 東，蔣弦弋

廣東韶關(guān)鋼鐵有限公司高速線材廠，廣東韶關(guān) 512123

1 概述

吐絲機(jī)是高速線材生產(chǎn)中將軋制的線材吐絲成卷以利收集的關(guān)鍵設(shè)備。本廠二線吐絲機(jī)由國內(nèi)生產(chǎn)組裝，自2008年3月投產(chǎn)至今，發(fā)生了吐絲機(jī)軸承燒毀、振動大、甩尾和漏油等故障，嚴(yán)重制約著軋制速度提升，嚴(yán)重影響成品質(zhì)量、產(chǎn)量，解決吐絲機(jī)故障及隱患問題刻不容緩。

2 設(shè)備功能及技術(shù)參數(shù)

1）設(shè)備功能：將高速的直線運(yùn)動的成品線材轉(zhuǎn)變成預(yù)定直徑的連續(xù)線圈，并將這些線材均勻吐圈放置到斯太爾摩控制冷卻軌道上。

2）技術(shù)性能參數(shù)：

機(jī)型：臥式吐絲機(jī)；

傾角：15°；

線材直徑：5.5mm～20mm；

吐圈直徑：1050mm；

最大吐絲速度：100m/s；

增速比：1.5366；

電動機(jī)形式：交流變頻電機(jī)。

3 故障問題

3.1 軸承燒毀、振動大

1）2#吐絲機(jī)在2010年2月投入使用4個(gè)月后出現(xiàn)了空心軸軸承燒毀事故，如圖1，故障處理達(dá)24小時(shí)以上（換1#吐絲機(jī)上線使用）。故障現(xiàn)象：軸承保持架裂磨損并從中部裂開，軸承外圈軌道磨損嚴(yán)重，空心軸靠近該燒毀軸承處軸套出現(xiàn)發(fā)藍(lán)現(xiàn)象。

2）該吐絲機(jī)修復(fù)后，利用檢修時(shí)間再次投入使用吐絲機(jī)振動異常，空心軸吐絲頭側(cè)軸承振動值達(dá)6.5mm/s，傳動軸軸承位振動值達(dá)4.8mm/s，正常運(yùn)行過程吐絲機(jī)振動值要求≤4.5 mm/s，兩軸承部位振動均超過要求范圍。

圖1 吐絲機(jī)空心軸軸承燒毀

3.2 骨架油封漏油

吐絲機(jī)使用8個(gè)月后，空心軸齒端軸承處密封環(huán)磨損，密封環(huán)與骨架油封接觸處出現(xiàn)漏油，漏油順著吐絲管流出。由于吐絲機(jī)和夾送輥排布緊密，故障處理需整臺下線更換密封環(huán)及損壞的骨架油封。處理過程發(fā)現(xiàn)骨架油封彈簧脫落，唇面破損。

3.3 圈形不穩(wěn)定及甩尾

出現(xiàn)大小圈及甩尾都會造成拉亂變形、卡住輥道或卡收集芯棒，嚴(yán)重影響收集及圈形質(zhì)量。

3.4 吐絲管穿管、直導(dǎo)管爆裂

吐絲管穿管、直導(dǎo)管軋制噸位平均為8 000t，吐絲管容易出現(xiàn)穿管造成堆鋼，直導(dǎo)管磨損嚴(yán)重和爆裂。

4 故障分析

4.1 軸承燒毀原因

1）吐絲機(jī)空心軸燒毀軸承軸承包局部示圖如圖2，修復(fù)過程中發(fā)現(xiàn)吐絲機(jī)空心軸故障軸承處噴油環(huán)油孔有密封膠堵住，造成了軸承供油量不足，潤滑不足；

2）燒毀軸承軸承座內(nèi)孔尺寸為公差要求為Φ310（-0.03～+0.01）mm，測量數(shù)據(jù)為 Φ310（-0.18～-0.12）mm，內(nèi)孔偏小，軸承與軸承座為過盈配合，從發(fā)藍(lán)現(xiàn)象不難發(fā)現(xiàn)吐絲機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程產(chǎn)生大量熱量；

3）噴油環(huán)噴嘴對軸承內(nèi)圈噴而不是對軸承滾動體噴，滾動體缺油，潤滑不良。

圖2

4.2 振動大原因

在線檢測各軸軸向竄動量、齒嚙合和齒輪副側(cè)隙均符合技術(shù)要求，判定原因可能是吐絲機(jī)動平衡異常。吐絲機(jī)修復(fù)過程更換了軸承，重新合蓋后原來的動平衡被打破了，出現(xiàn)動不平衡，引發(fā)軸承振動大的現(xiàn)象。

4.3 漏油原因

密封環(huán)與骨架油封接觸，吐絲機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)與骨架油封相對運(yùn)動，密封環(huán)材質(zhì)為Q235，熱處理硬度為HRC28～32，表面未硬化處理，時(shí)間一長就出現(xiàn)磨損，骨架油封與密封環(huán)接觸處漸漸就開始漏油；另由于密封環(huán)邊緣倒角較小，骨架油封安裝過程唇面處彈簧容易卡住掉出來，密封效果不好產(chǎn)生漏油。

1）圈形不穩(wěn)原因

安裝吐絲管的管夾每個(gè)都不一樣，重量也就不一樣，沒有明顯的標(biāo)識，容易裝亂，造成一換管后吐絲頭動平衡變化及吐絲管變形，圈形不穩(wěn)定；使用時(shí)間較長以后，吐絲頭與空心軸結(jié)合部位逐漸發(fā)生微量移動，結(jié)合面磨損，吐絲頭與空心軸整體動平衡發(fā)生變化，出現(xiàn)圈形不穩(wěn)定。

2）甩尾主要原因

夾送輥加緊力不夠，線材尾部出現(xiàn)降速；熱檢信號誤差，夾送動作提前或延遲，導(dǎo)致尾部不夾送，線材尾部出現(xiàn)降速；電磁換向閥卡阻不動作，無法實(shí)現(xiàn)尾部夾送。

4.4 吐絲管穿管和直導(dǎo)管爆裂原因

1）吐絲管和直導(dǎo)管主要采用氣冷方式，氣體流量主要靠安裝在進(jìn)氣管路上的球閥手動調(diào)節(jié)，日常由操作工調(diào)節(jié)。操作工在更換夾送輥導(dǎo)衛(wèi)過程會關(guān)掉吐絲機(jī)氣路球閥，操作完忘記開球閥或球閥打開量很少，冷卻氣量不足，吐絲管熱漲變形增加摩擦和溫度上升加劇了磨損；直導(dǎo)管材質(zhì)為G-X70CrNi14，為高強(qiáng)度耐磨合金鋼，較脆，受高溫?zé)釢q不均容易爆裂；

2）吐絲機(jī)、夾送輥與精軋速度不匹配，線材在精軋與吐絲機(jī)之間處于“堆”的狀態(tài)，加劇了吐絲管和直導(dǎo)管的磨損；夾送輥后半導(dǎo)衛(wèi)磨損嚴(yán)重，未及時(shí)更換，線材運(yùn)動軌跡變化，造成吐絲管和直導(dǎo)管磨損異常。

5 改進(jìn)

1）改進(jìn)噴油環(huán)和軸承座，消除吐絲機(jī)軸承燒毀故障隱患

（1）按技術(shù)要求加工該軸承座內(nèi)孔，加工后尺寸公差范圍為Φ310（0～+0.02）mm；（2）噴油環(huán)重新鉆孔，孔正對滾動體，確保噴油效果；改大噴油環(huán)孔油，孔徑由Φ1.5mm改為Φ2.5mm，增大潤滑油流量，可有效防止小顆粒贓物堵塞噴油口；（3）加強(qiáng)裝配質(zhì)量，涂密封膠要薄、均勻和連續(xù)，控制好與油道的距離，避免密封膠擠到油道，確保油路暢通。

2）使用現(xiàn)場動平衡技術(shù)以解決動不平衡引起振動大的問題

我廠采用了VIBROTEST 60 手持式動平衡儀，該動平衡儀以振動傳感器和速度傳感器采集信號輸入動平衡儀，通過儀器參數(shù)設(shè)置，儀器將自動找到不平衡點(diǎn)位置，并顯示配重或去重的質(zhì)量、角度，經(jīng)過數(shù)次的配重、試車偏心量逐步向回轉(zhuǎn)中心逼近，最終達(dá)到較為理想的振動速度值。

現(xiàn)場動平衡實(shí)驗(yàn)過程用時(shí)3小時(shí)。1次試重，2次調(diào)整配重后吐絲機(jī)振動達(dá)到良好狀態(tài)，各檢測點(diǎn)振動值均在1.2mm/s～2.2mm/s之間（引進(jìn)現(xiàn)場動平衡技術(shù)前，正常運(yùn)行時(shí)各點(diǎn)振動值在3.0mm/s～4.0mm/s之間）。經(jīng)過改進(jìn)后2#吐絲機(jī)運(yùn)行至今，未出現(xiàn)軸承燒毀故障和振動異常，軋制速度也由原來的80m/s提升到85m/s，提速后設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好。

現(xiàn)場動平衡技術(shù)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械與其工作狀態(tài)相同或接近的轉(zhuǎn)速、安裝條件、支承條件和負(fù)載情況下，對其進(jìn)行振動測量和平衡校正的一種平衡方法。該技術(shù)工作量小，能兼顧安裝狀況，避免了大量拆裝——節(jié)約了拆裝工時(shí)、運(yùn)輸工時(shí)、保存了原有的安裝精度，也有效地提高整個(gè)吐絲機(jī)的平衡精度，是解決動不平衡故障的首選方法。

3）漏油問題改進(jìn)

對密封環(huán)進(jìn)行滲碳處理，滲碳層1.5mm～2.0mm，表面熱處理硬度為HRC50～55，增加密封環(huán)的耐磨性；并修磨密封環(huán)倒角，使骨架油封安裝順暢，彈簧不掉落出來。良好地解決了漏油問題。

（1）吐絲機(jī)圈形不穩(wěn)問題改進(jìn)

給每個(gè)管夾及吐絲頭各管夾座打上對應(yīng)編碼，安裝吐絲管時(shí)嚴(yán)格按對應(yīng)的編碼裝配，并使用統(tǒng)一的緊固件，利用日常維護(hù)檢查緊固吐絲盤上的螺栓，防止螺栓松動和管夾裝亂影響動平衡，確保吐絲管安裝后整個(gè)吐絲頭動平衡穩(wěn)定。按設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)變化后現(xiàn)場給吐絲機(jī)做動平衡，有效保證吐絲機(jī)動平衡長期穩(wěn)定，穩(wěn)定圈形。

（2）吐絲機(jī)甩尾問題改進(jìn)

利用好換輥換槽作業(yè)，使用樣棒檢查調(diào)整夾送輥加緊力，避免正常過鋼時(shí)出現(xiàn)夾緊力不夠或夾緊力過大；熱檢定期吹掃，并進(jìn)行校正，消除信號誤差，確保夾送輥夾尾控制信號準(zhǔn)確；定期檢查氣動元件，并補(bǔ)充潤滑油，確保氣動元件動作順暢。

4）吐絲管穿管和直導(dǎo)管爆裂問題改進(jìn)

（1）將供氣管尺寸由1 1/2〞改為2〞，增加供氣流量；同時(shí)將球閥改為二位五通電磁換向閥+節(jié)流閥組合，接入電控實(shí)現(xiàn)與主機(jī)聯(lián)鎖“開機(jī)開氣，停機(jī)關(guān)氣”，不用人工操作，解決了冷卻氣流量不足問題及忘記開氣的問題；

（2）根據(jù)實(shí)踐，重新調(diào)整吐絲機(jī)、夾送輥超前率，改進(jìn)前后吐絲機(jī)、夾送輥參數(shù)設(shè)置如表1；

表1 改進(jìn)前后吐絲機(jī)、夾送輥參數(shù)設(shè)置

（3）夾送輥后半導(dǎo)衛(wèi)磨損超過5mm即更換，確保了線材運(yùn)動軌跡的穩(wěn)定。

以上改進(jìn)后，吐絲管和直導(dǎo)管使用壽命達(dá)40 000t/條，且未再出現(xiàn)吐絲管穿管和直導(dǎo)管爆裂現(xiàn)象。

6 結(jié)論

通過以上改進(jìn)措施，有效解決了吐絲機(jī)的故障及隱患，提高了吐絲機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性，突破了影響軋制速度提升的瓶頸，穩(wěn)定了線材圈形和生產(chǎn)節(jié)奏，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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