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摘要：吐丝机是高速线材生产的关键设备之一。本文分析了吐丝机吐大小圈、烧轴承、振动大、骨架油封漏油、吐丝管穿管、直导管爆裂原因 ，通过加强吐丝管日常管理、优化润滑及装配、使用现场动平衡技术等方法，有效地解决了吐丝机故障及隐患问题。
1、概述
吐丝机是高速线材生产中将轧制的线材吐丝成卷以利于收集线卷的关键设备。本厂一线吐丝机由国外生产组装，自投产至今，常见吐丝机发生轴承烧毁、振动大、甩尾和漏油等故障，严重制约着轧制速度提升，影响成品质量、产量，解决吐丝机故障及隐患问题刻不容缓。
1）设备功能：将高速的直线运动的成品线材转变成预定直径的连续线圈 ，并将这些线材均匀吐圈放置到斯太尔摩控制冷却轨道上。
2）设备功能及技术参数
机型：卧式吐丝机； 倾角：15°； 线材直径 ：5.5mm~20mm；
吐圈直径：1050mm； 最大吐丝速度 ：100m/s ；增速比 ：1.5366 ；
电动机形式 ：交流变频电机。
2 故障问题
2.1吐丝机吐大小圈
吐丝机吐出的正常线圈应该是圈形稳定，间距均匀，保持一定直径的线圈，但现场往往出现吐丝机吐大小圈，即线圈直径大小不一，造成集卷困难，线圈卡在下集卷芯棒上，被迫停止生产，工人采用工具强行将线圈捅下去，造成线圈圈形不佳，甚至影响到产品的表面质量，同时对后续的打捆工序带来了严重的影响。
2.2 轴承烧毁、振动大。
1）2#吐丝机在2016年2月投入使用4个月后出现了空心轴轴承烧毁事故（如图一）故障处理达24小时以上。故障现象：轴承保持架裂磨损并从中部裂开，轴承外圈轨道磨损严重，空心轴靠近该烧毁轴承处轴套出现发蓝现象。
2）该吐丝机修复后，利用检修时间再次投入使用吐丝机振动异常 ，空心轴吐丝头侧轴承振动值达 6.4mm/s，传动轴轴承位振动值达 4.7mm/s，正常运行过程吐丝机振动值要求≤ 4.5mm/s，两轴承部位振动均超过要求范围。
图一：吐丝机空心轴承烧毁
2.3 骨架油封漏油
吐丝机使用5个月后，空心轴齿端轴承处密封环磨损，密封环与骨架油封接触处出现漏油 ，漏油顺着吐丝管流出。由于吐丝机和夹送辊排布紧密，故障处理需整台下线更换密封环及损坏的骨架油封。处理过程发现骨架油封弹簧脱落，唇面破损。
2.4 吐丝管穿管、直导管爆裂
吐丝管穿管、直导管轧制吨位平均为8000t，吐丝管容易出现穿管造成堆钢 ，直导管磨损严重和爆裂。
3、故障分析
3.1吐大小圈的原因分析
3.1.1 吐丝管的问题
吐丝管安装在吐丝盘上，是呈空间锥形的螺旋曲线（图二）。该曲线可分为三段：一是直线段，线材在该段不发生塑性变形；二是变形段，线材通过直线段后随着吐丝管的弯曲形状发生纯塑性变形；三是成形段，线材在该段继续发生塑性变形并形成稳定的线圈。根据现场实践证明，吐丝管内壁磨损严重、吐丝管加工质量差、吐丝管安装不当以及吐丝管内壁氧化铁皮堆积等吐丝管问题，都会造成吐丝机吐圈过程不稳定，吐丝吐大小圈，造成圈形质量不佳，具体分析如下：
图二：吐丝管形状图(注：1.直线段；2.变形段；3.成形段)
（1）吐丝管内壁磨损严重：线材与吐丝管内壁在高温、高速的环境下不断地进行剧烈摩擦，造成吐丝管壁不断磨损，而线材在吐丝管变形段相对运动产生的惯性力、离心力、摩擦力相对较大，所以该段吐丝管磨损较严重(图三)。当吐丝管内壁磨损较严重时，使线材在吐丝管内的运动轨迹发生变化，使线材运行受阻，破坏吐丝过程的稳定性，形成不规则大小圈。
图三：吐丝管内壁磨损
（2）吐丝管加工质量差和吐丝管安装不当：吐丝管在加工过程中材质选择不合理，耐磨性差，在吐丝过程中线材与吐丝管内壁摩擦时，加快吐丝管磨损，容易使线材运行轨迹发生改变，造成吐丝不稳定，形成大小圈；吐丝管在现场安装不当，会使吐丝管的空间曲线和线材运行轨迹发生改变，造成线材在吐丝管内的速度和受力发生改变，破坏了吐丝机的动平衡，影响吐丝机圈形质量。
（3）吐丝管内壁氧化铁皮堆积。吐丝管内氧化铁皮如果不定时清理，会造成吐丝管内氧化铁皮堆积（图四）线材在吐丝管中被卡阻，破坏了吐丝的稳定性，从而出现大小圈现象。
图四：吐丝管内氧化铁皮堆积
3.1.2 夹送辊速度设置不当
夹送辊的夹送方式有对线材全程夹送、头部、尾部夹送，既夹头部又夹尾部，现场采用的是对线材进行尾部夹送。高速小规格轧制时，线材尾部在离开精轧机后轧件尾部由于失张瞬间升速，使尾部离开吐丝机的状态失控，线圈尾部容易产生大圈。相反，低速大规格轧制时，轧制速度低，许多新厂因经验不足，为了保证线材表面质量采用尾部不夹送，导致线材尾部进吐丝机的速度下降，造成尾部线圈直径偏小，产生大小圈。
3.2 轴承烧毁原因
3.2.1吐丝机空心轴烧毁轴承轴承包局部示图（图五），修复过程中发现吐丝机空心轴故障轴承处喷油环油孔有密封胶堵住，造成了轴承供油量不足，润滑不足。
3.2.2 烧 毁 轴 承 轴 承 座 内 孔 尺 寸 为 公 差 要 求 为 Φ310（-0.03~+0.01）mm，测量数据为 Φ310（-0.18~-0.12）mm，内孔偏小，轴承与轴承座为过盈配合，从发蓝现象不难发现吐丝机运转过程产生大量热量。
3.2.3喷油环喷嘴对轴承内圈喷而不是对轴承滚动体喷，滚动体缺油，润滑不良。
1骨架油封 2密封环 3喷油环 4轴承座 5轴承 6空心轴
图五：轴承包局部示图
3.2 振动大原因
在线检测各轴轴向窜动量、齿啮合和齿轮副侧隙均符合技术要求，判定原因可能是吐丝机动平衡异常。吐丝机每次修复后，因更换了轴承，重新合盖后原来的动平衡被打破了，出现动不平衡，引发轴承振动大的现象。
3.3 漏油原因
密封环与骨架油封接触，吐丝机运转时与骨架油封相对运动，密封环材质为 Q235，热处理硬度为 HRC28~32，表面未硬化处理，时间一长就出现磨损，骨架油封与密封环接触处渐渐就开始漏油；另由于密封环边缘倒角较小，骨架油封安装过程唇面处弹簧容易卡住掉出来，密封效果不好产生漏油。
3.4 吐丝管穿管和直导管爆裂原因
1）吐丝管和直导管主要采用气冷方式，气体流量主要靠安装在进气管路上的球阀手动调节，日常由操作工调节。操作工在更换夹送辊导卫过程会关掉吐丝机气路球阀，操作完忘记开球阀或球阀打开量很少，冷却气量不足，吐丝管热涨变形增加摩擦和温度上升加剧了磨损；直导管材质为 G-X70CrNi14，为高强度耐磨合金钢，较脆，受高温热涨不均容易爆裂。
2）吐丝机、夹送辊与精轧速度不匹配，线材在精轧与吐丝机之间处于“堆”的状态，加剧了吐丝管和直导管的磨损；夹送辊后半导卫磨损严重，线材运动轨迹变化，造成吐丝管和直导管磨损异常。
4 解决方法
4.1 加强吐丝管的日常维护
（1） 吐丝管磨损严重，此为吐丝机故障发生是现场最常见的，为此，现场制定了相应的解决措施，制定吐丝管最大过钢量，根据观察分析日常吐丝管使用情况，制定了不同规格吐丝管的最大过钢量（表一），吐丝管达到所规定的过钢量后，及时更换新的吐丝管，保证吐丝稳定，减少吐大小圈、振动大等故障发生。
表一：新吐丝管过钢量规定表
（2） 针对吐丝管内壁氧化铁皮堆积问题，要求岗位工利用停机检修时间，定期用钢丝绳对吐丝管内堆积的氧化铁皮进行清理，保证圈形质量。
（3） 吐丝管更换新厂家时，要求岗位工在保证吐丝管位置安装正确的前提下，密切跟踪记录吐丝管的使用情况，如发现吐丝管材质不好，耐磨性差，立即更换厂家，保证吐丝管质量。
4.1.2 轧制不同规格的线材时，根据尾部成圈状况调整夹送辊的速度来控制轧件尾部的速度，从而降低产生大小圈和堆钢事故的几率，保证线圈圈形质量。规定必须做好精轧机、夹送辊、吐丝机三者的速度匹配，圈形得到较好的控制。
经过一段时间的实践证明，取得了非常好的效果，现场由于吐丝管及夹送辊速度的问题引起吐丝机大小圈故障发生的几率大幅度下降，效果显著。
4.2 改进喷油环和轴承座 ，消除吐丝机轴承烧毁故障隐患
（1）按技术要求加工该轴承座内孔，加工后尺寸公差范围为 Φ310（0~+0.02）mm ；（2）喷油环重新钻孔，孔正对滚动体，确保喷油效果；改大喷油环孔油，孔径由 Φ1.5mm 改为Φ2.5mm，增大润滑油流量，可有效防止小颗粒赃物堵塞喷油口；（3）加强装配质量，涂密封胶要薄、均匀和连续，控制好与油道的距离，避免密封胶挤到油道，确保油路畅通。
2）使用现场动平衡技术以解决动不平衡引起振动大的问题
采用了 VIBROTEST手持式动平衡仪，该动平衡仪以振动传感器和速度传感器采集信号输入动平衡仪，通过仪器参数设置，仪器将自动找到不平衡点位置 ，并显示配重或去重的质量、角度，经过数次的配重、试车偏心量逐步向回转中心逼近 ，最终达到较为理想的振动速度值。现场动平衡实验过程用时 3 小时。1 次试重，2次调整配重后吐丝机振动达到良好状态，各检测点振动值均在 1.2mm/s~2.2mm/s 之间（引进现场动平衡技术前，正常运行时各点振动值在 3.0mm/s~4.0mm/s 之间）。经过改进后 2# 吐丝机运行至今，未出现轴承烧毁故障和振动异常，轧制速度也由原来的80m/s 提升到 95m/s，提速后设备运行状态良好。
现场动平衡技术技术工作量小，能兼顾安装状况，避免了大量拆装——节约了拆装工时、运输工时、保存了原有的安装精度，也有效地提高整个吐丝机的平衡精度，是解决动不平衡故障的首选方法。
4.3漏油问题改进
对密封环进行渗碳处理，渗碳层 1.5mm~2.0mm，表面热处理硬度为 HRC50~55，增加密封环的耐磨性；并修磨密封环倒角，使骨架油封安装顺畅，弹簧不掉落出来，良好地解决了漏油问题。
4.4 吐丝管穿管和直导管爆裂问题改进
（1）将供气管尺寸由 1 1/2〞改为 2〞，增加供气流量；同时将球阀改为二位五通电磁换向阀+节流阀组合，接入电控实现与主机联锁“开机开气，停机关气”，不用人工操作，解决了冷却气流量不足问题及忘记开气的问题。
（2）根据实践，重新调整吐丝机、夹送辊超前率，改进前后吐丝机、夹送辊参数设置如表一。
表一：吐丝机、夹送辊参数设置表
（3）规定夹送辊后半导卫磨损超过 5mm 即更换，确保了线材运动轨迹的稳定。
以上改进后，吐丝管和直导管使用寿命达4万t/ 条，且未再出现吐丝管穿管和直导管爆裂现象。
5 效果
通过以上改进措施的实施，根据近1年半的现场数据得知，吐丝机故障率明细降低，吐丝机的稳定性和可靠性提高，线材产量及产品质量提高，成材率大幅提高，取得了良好的经济效益和社会效益。
参考文献:
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[4]乌兰娜.高线吐丝机设计的初步探讨[J].内蒙古科技与经济，2007(4).
论文作者:刘灿军,丁邦权,马刚,陈帆,何扬帆
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/19
标签：吐丝论文; 线材论文; 轴承论文; 磨损论文; 导管论文; 动平衡论文; 漏油论文; 《电力设备》2018年第16期论文;