摘要：热轧板带轧机在长期使用的过程中会频频发生故障，其传动轴窜动故障是其中较为常见的故障之一。本文通过对轧机传动轴和轧辊的连接结构进行局部改进以及对常见的故障问题进行了分析，从而提高热轧生产的稳定性。
关键词：传动轴；稳定；改造
前言
华南某钢铁厂热轧1450生产线轧机传动轴轧辊联接套使用寿命短，在使用过程中，由于轧辊联接轴内孔磨损快，联接套与轧辊配合间隙变大，导致粗轧机传动轴产生晃动，存在严重的设备隐患，对轧制板形造成了严重影响。经过和专业制造厂家沟通，传动轴联接套材料已进行了大幅改进，但使用效果仍不理想，需从现有设备结构进行改进，以提高联接套使用寿命，保证产品质量。
1 故障原因分析
传动轴万向关节回转直径1080mm，轴直径720mm，整轴装配长度10930mm，重量超过50吨，传动轴两端分别以电机和轧辊为固定支撑点，传动轴大部分重量由中部平衡液压机构支撑，抵消传动轴产生的自重，轧辊扁头直接插入传动轴联接套，保证生产过程快速换辊要求。生产过程中，联接套内孔和工作辊扁头都会产生磨损，两者配合间隙变大后，传动轴在转动中联接套自身产生晃动，万向关节及传动轴随之晃动，由于传动轴质量大，传动轴晃动产生的径向力会非常大，直接加剧联接套磨损，导致设备工况恶化，万向关节寿命降低，各部紧固螺栓断裂，联接套内孔圆角部位产生裂纹，甚至导致联接套破裂损坏。
此外，由于牌坊及轧辊轴承座滑板的磨损、轧机牌坊的腐蚀，会导致以上参数的变化，以致上下轧辊产生交叉从而产生较大的轴向力，此轴向力在传动轴方向的传递导致电机推力瓦的非正常磨损。
在工作辊扁头端面安装一个定位环，该定位环与联接套Φ520内孔形成新的配合面。定位环磨损达到一定量后，可快速更换定位环，保证两者在合理的配合间隙内。定期检测和调整固定块与轴承座的形位公差，确保可控。
2 方案论证
（1）由于生产过程中上下轧辊辊缝会改变，上轧辊上下运动，上传动轴摆角随之改变，联接套相对于上轧辊会发生相对轴向移动。设计时需保证新装定位环与关节端面空间充足，防止新装定位环顶对关节端面，损坏设备。轧机上传动轴最大摆角为4.429°，下轧辊处于最高位置，下传动轴最大摆角为3.535°。此时轧制中心线距扁头套内孔端面尺寸为2850mm。设计上下传动轴都在最大摆角状态下新装定位环端面与联接套距关节端面安全距离为35mm，新装定位环与Φ520联接套内孔接触长度为65mm。经过精确软件模拟计算，上轧辊在不同高度位置时，定位环端面与联接套内壁至少有约13.69mm安全间隙，用于补偿电机轴及轧辊之间窜动。安装的定位环起到有效定位长度范围为65～86.303。下轧辊在不同位置高度时，定位环端面与联接套内壁有34.7～35mm安全间隙，用于补偿电机轴及轧辊之间窜动。定位环起到有效定位长度范围为61.705～65。此处计算的为极限尺寸，实际工作过程中，上下工作辊都不处于极限位置，所有设备完全是在安全的尺寸范围内运行。
（2）安装有定位环的轧辊在下线进行磨削时，磨床定位顶头可通过新定位套的内孔顶入轧辊扁头端面的定位孔，轧辊轴线未发生变动，不会影响轧辊磨削精度。
（3）定位环由6个M42，12.9级高强度内六角螺栓把合紧固，由于扁头套与定位环之间不传递扭力，仅存在传动轴晃动产生的径向力，螺栓强度足够。
（4）更换新的定位环，只需拆解6个把合螺栓，更换步骤简单。轧辊换辊周期为约为2天，更换频繁，可及时下线检查各把合件有无断裂，更换磨损的定位环等。
（5）联接套Φ520内孔深度为110mm，即为壁厚最大位置，设备结构最强。该部位为整体圆孔面，无易集中应力的边、角部位，定位环与该孔位配合，不会导致该孔位产生裂纹，损坏设备。
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3 花键轴的修理
花健轴常出现花键磨损、键齿有横向裂纹等损伤。花键轴键齿与花键套键槽的侧隙,大修时不得大于0.30mm。一般配合间隙超过0.05mm,或键槽、键齿宽度磨损超过0.25mm时，可采用振动堆焊法修复。修复花键时,为了减少对基体金属的车削量，可先进行槽底焊补，焊补后退火、修顶针孔及车除花键齿,再进行堆焊。堆焊后还要进行退火,以便车外圆铣花键,然后进行热处理(淬火、回火)，最后磨外圆及花键两侧面。花键轴键齿裂纹，其尺寸未超过齿根圆1.5mm深时，也可用振动堆焊法修复。当花键轴(或万向节叉)磨损、裂纹严重时，应采用局部更换法修复。更换花键轴(或万向节叉)首先在车床上车去焊缝，同时车出花键轴(或万向节叉)焊缝倒角为45°,轴管焊缝倒角为60°,并做好原接合位置的记号。然后压出花键轴(或万向节叉),清理焊缝后对准记号压入新的花键轴(或万向节叉),在坡口的圆周上先对称均匀焊上6个点稳定住,再沿坡口圆周将其焊牢。清理焊渣后,进行校正和检验。在车床上检验传动轴总成轴管摆差不能大于1.5mm。测量全长,其长度不得小于公称尺寸10mm。有条件者应进行动平衡试验:将传动轴总成顶紧在动平衡机夹具上,用螺母锁紧,而后将花键副拉开10~15mm。以2400r/m启动动平衡机,并观察矢量瓦特表。平衡量应在规定的范围内,超出时应贴平衡片加以平衡。传动轴在出厂前己经做过动平衡,并有装配标记。在使用、维修中应保持传动轴的平衡精度,否则会因不平衡而产生振动、噪声和附加冲击载荷。
4 花键套的修理
花键套常出现键槽磨损、十字轴轴承座磨损、螺纹孔或黄油嘴孔磨损。用钳子将防尘套的紧固圈卸下，拔出花键轴，检查花键副磨损情况,若磨损过甚应更换。检查时也可将滑动花键槽端插入花键轴端，用手握住传动轴,晃动滑动叉。若感到晃动量很大，在运行中引起传动轴剧烈振动时，应更换。检测滑动花键副扭转间隙。把套管叉夹持在台钳上，花键轴按装配标记插入套管叉，并使部分花键露在外面。转动花键轴，用百分表测出某花键侧面的读数变化值。一般允许其间隙为0.025~0.115mm，如果超过0.40mm应予修复。当花键轴磨损严重或键齿有横向裂纹而无堆焊修复能力时,可采用局部更换法修复。利用局部更换法修复花键轴或万向节叉时,首先在车床上车去焊缝,并同时车出花键轴、万向节叉以及轴管上的焊接坡口导角,并作好原配合位置的记号，然后冲出花键轴或万向节叉，对准旧件记号压入新件,新的万向节叉端或花键端其镶入轴管部分与轴管为过盈配合。对于磨损不大的花键槽,可将其拉削加宽，并采用加厚键齿的花键轴配合使用。黄油嘴螺纹孔损坏，可旋转180°重新钻螺纹孔。
5 十字轴的检修
十字轴轴颈磨损是常见的损坏形式。设备运行中，传递转矩的方向是不变的，所以十字轴轴颈和万向节叉的轴承座孔等处的磨损主要发生在受力面一侧。装有滚针轴承的十字轴轴颈磨损严重时,产生沟槽,以致松旷、发响。十字轴轴颈磨损起槽深度超过0.40mm或直径磨损超过0.05mm时,可采用镀铬、振动堆焊或镶套法修复(目前多用振动堆焊法修复)。修复后轴颈硬度不低于56HRC。磨削后轴颈的圆度和圆柱度误差不得超过0.005mm，两轴线的垂直度(从轴端测量)误差不大于0.10mm，轴颈与轴承装合后其轴向间隙一般为0.02~0.25mm,径向间隙不得超过0.20mm。磨损不大的十字轴轴颈,可用刷镀法修复。非传力面磨损及压痕不严重的可转90°装配。轴承套筒内表面磨损过度或起槽破裂,轴承油封损坏,滚针断裂、偏磨或麻点时应更换。
6 轧机牌坊窗口形位公差的检测、调整
为避免推力瓦非正常磨损和减少轴向力，需保持牌坊窗口的入、出口面的尺寸在合理公差范围内，同时需保持入、出口平行度及与轧线的垂直度公差在图纸要求范围，以避免电机推力瓦的非正常磨损。
经过轧机牌坊窗口的三维测量，计算出参数偏差后，对牌坊滑板的厚度进行修正，通常需保障平行度在0.1mm之内。同时，为防止或减缓滑板安装部位牌坊本体的腐蚀，利用年修机会以先进的表面改性技术——激光熔覆对此安装面实施修复，恢复形位公差的同时，改善表面防腐性能。
7 结语
联接套相同磨损情况下、改造后的传动轴平衡压力波动范围降低约0.8MPa，传动轴运行稳定。联接套磨损变慢，使用寿命得到较大增加，维修费用降低。传动轴工况改善，有利于生产质量稳定。
参考文献
[1]许克军, 许瑞璋, 曾庆林. 武钢2250mm精轧机主传动轴改造及应用[J]. 武钢技术, 2016, 54(2):39-41.
[2]张殿龙, 李天超. 棒线轧机主传动GSL型传动轴改造[J]. 中国钢铁业, 2015(10):31-32.
论文作者:熊康元
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/22
标签：传动轴论文; 磨损论文; 轧辊论文; 花键轴论文; 花键论文; 轧机论文; 万向节论文; 《建筑学研究前沿》2017年第17期论文;