粗中軋平剖式減速箱存在問題的分析與改進(jìn)

陳曉，張煒鋒

（寶武集團(tuán)八鋼公司軋鋼廠，烏魯木齊 830022）

0 引言

寶鋼集團(tuán)八鋼公司軋鋼廠棒線分廠1#高線機(jī)組建成于2001年，設(shè)計(jì)產(chǎn)量40 萬t,現(xiàn)年產(chǎn)量達(dá)到72 萬t。該產(chǎn)線粗中軋區(qū)共有14架軋機(jī)平立交替布置組成，其軋機(jī)減速箱原為摩根公司設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)化加工制造。該軋機(jī)減速箱原設(shè)計(jì)為平剖式結(jié)構(gòu)，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(jī)自達(dá)產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)開始按每隔3年利用年修時(shí)間下線檢修。檢修期間發(fā)現(xiàn)由于其結(jié)構(gòu)“特殊”,減速箱軸系合箱蓋時(shí)困難重重，給檢修帶來極大不便，多次造成了檢修延時(shí)；同時(shí)，減速箱軸系軸承損壞后造成箱蓋孔磨損嚴(yán)重。此后減速機(jī)軸承損壞事故頻發(fā)，極大影響了生產(chǎn)，增加了設(shè)備維護(hù)成本。

1 原平剖式軋機(jī)減速箱結(jié)構(gòu)形式

目前該產(chǎn)線粗中軋10#立式減速機(jī)箱蓋軸承孔多處跑圈磨損，設(shè)備狀況最為劣化。我們以10#減速箱為例分析其結(jié)構(gòu)。如圖1所示，減速箱結(jié)構(gòu)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?jī)蓚?cè)設(shè)計(jì)有減速箱安裝基面，所有軸系插于下箱體內(nèi)。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(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)受力方向上各設(shè)計(jì)有軸向定位套。減速箱上箱體整體質(zhì)量為3500 kg，材質(zhì)為Q345熱軋板；下箱體質(zhì)量為6400 kg，為Q345熱軋板焊接件。減速箱整體質(zhì)量為15.6 t。

2 存在的問題及分析

1）檢修時(shí)減速箱上箱蓋合箱蓋時(shí)，各軸系稍有傾斜就安裝不到位，反復(fù)調(diào)整多次，造成檢修時(shí)間節(jié)點(diǎn)不能控制，多次檢修超時(shí)。如圖1所示，由于減速箱設(shè)計(jì)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(jī)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(shí)也極力找平下箱體和上箱蓋。但是，減速機(jī)內(nèi)各軸系軸承為調(diào)心滾子軸承，軸承外圈人為不可能調(diào)整到與軸系中心線完全平行，這就給減速箱合箱蓋時(shí)造成很大不便，需要反復(fù)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(qiáng)安裝到位，整個(gè)檢修耗時(shí)96 h，費(fèi)時(shí)費(fèi)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(yán)重，造成軸系失去徑向定位，更加劇了減速箱劣化，設(shè)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(qiáng)度不足，常出現(xiàn)軸向定位套固定螺栓斷裂，軸承失去限制后松動(dòng)，導(dǎo)致軸承燒損的事故。在圖1中，軸系Ⅱ和Ⅳ軸在上箱蓋設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，考慮到箱蓋的盒蓋安裝，其定位套在設(shè)計(jì)時(shí)為直套式，依靠壓蓋內(nèi)圈上8個(gè)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(lián)接螺栓上，螺栓受到抗拉載荷易發(fā)生永久變形及過載斷裂。特別在Ⅳ軸輸出軸上螺栓強(qiáng)度設(shè)計(jì)不足。我們以Ⅳ軸系粗略受力估算：Ⅳ軸質(zhì)量為2.5 t，加萬向軸扁頭套質(zhì)量為2 t，查原設(shè)計(jì)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(shí)際載荷為8.86 kN，8.8級(jí)M12螺栓保證載荷48.9 kN，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》取變載荷安全系數(shù)為7.5，得出M12許用載荷為6.52 kN[1]，實(shí)際載荷大于許用載荷，易發(fā)生過載斷裂，導(dǎo)致整個(gè)軸系下沉后造成軸承及齒輪損壞的嚴(yán)重設(shè)備事故發(fā)生。同時(shí)這種直套式軸承定位套和法蘭蓋一體聯(lián)接，須同時(shí)控制內(nèi)隔圈和調(diào)整墊高度差，不便于調(diào)整軸系軸向竄動(dòng)。

圖1 平剖式聯(lián)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(diào)心滾子軸承，游動(dòng)端使用23040CC/W33雙列調(diào)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(jī)輸入軸的軸向竄動(dòng)由固定端調(diào)心滾子軸承自身軸向游隙決定，軸向竄動(dòng)量過大，嚴(yán)重影響了螺旋傘齒輪的接觸精度[2]。而且該固定端調(diào)心滾子軸承在SKF軸承選型手冊(cè)[3]查詢其在噴油潤(rùn)滑條件下工作轉(zhuǎn)速為850 r/min，極限轉(zhuǎn)速為1200 r/min，不能滿足生產(chǎn)工藝要求的轉(zhuǎn)速（生產(chǎn)不同規(guī)格速度調(diào)節(jié)范圍在800～1300 r/min），造成生產(chǎn)被迫降速軋制，這嚴(yán)重制約產(chǎn)線產(chǎn)能的提升。

圖2 原減速箱軸系定位

3 改進(jìn)措施

1）針對(duì)平剖箱蓋式減速機(jī)存在的諸多缺點(diǎn)，考慮返修10#減速機(jī)箱體加工難度較大，決定新購(gòu)進(jìn)一臺(tái)減速箱備件。新購(gòu)置減速箱滿足現(xiàn)場(chǎng)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(shè)計(jì)減速機(jī)結(jié)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(shè)計(jì)有拉桿螺栓及定位銷，減速箱回油管路設(shè)計(jì)為軟管連接，設(shè)備整體總質(zhì)量減少2.6 t。這些改進(jìn)的設(shè)計(jì)，既保證了各軸系位置的不變，又保證了減速箱原有傳動(dòng)比的不變，同時(shí)還保證了與原安裝基面相同。正是有以上特點(diǎn)，新減速箱到位后安裝投入快速完成，很好地滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。后期改進(jìn)的減速箱離線檢修箱20 h內(nèi)就能完工，極大降低維修成本。

2）針對(duì)原減速箱上箱蓋用于軸向定位套的固定螺栓強(qiáng)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(nèi)設(shè)計(jì)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(lián)接。這樣改進(jìn)設(shè)計(jì)將原壓蓋內(nèi)圈螺栓承受的載荷轉(zhuǎn)換為整個(gè)軸承座來承受，既解決了定位螺栓易斷裂的問題，又增強(qiáng)了軸系定位端的穩(wěn)定性，同時(shí)便于設(shè)備維修時(shí)對(duì)軸系軸向竄動(dòng)的控制。

圖3 改進(jìn)后的立剖式聯(lián)合減速箱

3）針對(duì)原減速箱輸入軸軸承極限轉(zhuǎn)速不能滿足生產(chǎn)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(zhuǎn)速后，將原定位軸承由24144CC/W33改型為23144CC/W33軸承。改進(jìn)后的軸承工作轉(zhuǎn)速為1200 r/min，極限轉(zhuǎn)速為1300 r/min，軸承內(nèi)徑仍然為220 mm，既滿足了生產(chǎn)對(duì)軸承轉(zhuǎn)速的要求，又避免了輸入軸及軸承套的大改動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)改進(jìn)設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語

通過對(duì)產(chǎn)線原10#平剖式立軋減速箱的改造，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)使用實(shí)際驗(yàn)證，新升級(jí)改進(jìn)的減速箱設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、運(yùn)行可靠、維修方便，取得了良好的效果。改進(jìn)后的減速箱在投入運(yùn)行使用的2年多時(shí)間里平穩(wěn)運(yùn)行，沒有出現(xiàn)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(zhǎng)到2.5 a，極大地降低備件消耗成本及職工勞動(dòng)強(qiáng)度。立式減速機(jī)的運(yùn)行故障也大幅度減少，有力促進(jìn)了生產(chǎn)的順暢穩(wěn)定，值得后期將此類型減速機(jī)逐一改造升級(jí)。