1 引言
軋機(jī)接軸是軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件?,F(xiàn)代軋機(jī)主傳動(dòng)中常用萬(wàn)向接軸有滑塊式和十字軸式萬(wàn)向接軸。十字軸式萬(wàn)向接軸因其傳動(dòng)效率高、傳遞扭矩大、傳動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛使用。十字軸式萬(wàn)向接軸根據(jù)十字軸軸承座形式的不同,又分為整體叉頭式和分體軸承座式。我廠中型H型鋼生產(chǎn)線萬(wàn)能軋機(jī)就選用了十字軸分體軸承座式萬(wàn)向接軸。該生產(chǎn)線是20世紀(jì)90年代投產(chǎn)的一條短應(yīng)力緊湊型萬(wàn)能軋機(jī)生產(chǎn)線,全部采用進(jìn)口設(shè)備,并采用了兩級(jí)計(jì)算機(jī)控制,自動(dòng)化程度高,具有當(dāng)代國(guó)際先進(jìn)水平。在幾年的運(yùn)行使用中,該接軸經(jīng)常出現(xiàn)部件損壞,成為設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)。我們通過(guò)認(rèn)真總結(jié)分析,逐步摸索并實(shí)施了一些提高接軸強(qiáng)度、延長(zhǎng)使用壽命的措施,有效地緩解了接軸對(duì)生產(chǎn)的制約,保證了生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行。
2 接軸結(jié)構(gòu)和故障現(xiàn)象
2.1接軸結(jié)構(gòu)
我廠采用的十字軸式萬(wàn)向接軸結(jié)構(gòu)和十字包組件如圖1和圖2所示。
2.2故障現(xiàn)象
我廠裝機(jī)運(yùn)行的16根萬(wàn)向接軸在運(yùn)行過(guò)程中頻繁出現(xiàn)故障,僅2003年一年中出現(xiàn)故障18次,影響生產(chǎn)2382min。其故障主要表現(xiàn)為:
(1)接軸十字包螺栓頻繁斷裂。接軸螺栓在螺栓根部和螺紋收尾末端發(fā)生斷裂,造成接軸傳動(dòng)失效。
(2)接軸十字軸斷裂。十字軸根部斷裂和軸頭異常磨損,造成接軸傳動(dòng)失效。
(3)軋機(jī)上下線困難。接軸套筒異常磨損,軋輥扁頭和接軸套筒軋機(jī)。
3 原因分析和相應(yīng)對(duì)策
十字軸和螺栓斷裂故障產(chǎn)生的直接原因是十字軸和接軸螺栓強(qiáng)度不足;其次是十字軸與軸承座、軸承座與接軸本體以及套筒和軋輥之間存在間隙,在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的沖擊負(fù)載,這種沖擊負(fù)載加劇了螺栓和十字軸的斷裂。造成軋機(jī)上下線困難的原因,一是套筒加工公差偏??;二是套筒和軋輥接觸面內(nèi)進(jìn)入鐵屑等產(chǎn)生擠壓滑傷。
3.1針對(duì)以上原因我們采取以下對(duì)策
(1)優(yōu)化螺栓材質(zhì)。認(rèn)真做好熱處理工藝檢驗(yàn),保證螺栓調(diào)質(zhì)后回火索氏體的比例。接軸螺栓的材質(zhì)應(yīng)具有良好的淬透性,以保證螺紋截面的芯部在淬火后回火前得到90%左右的馬氏體組織。故采用合金結(jié)構(gòu)鋼35CrMo,該材質(zhì)強(qiáng)度、韌性和淬透性均高,完全滿足上述要求,調(diào)質(zhì)處理后的螺栓金相組織可不存在塊狀鐵素體,全部為索氏體組織。
(2)提高螺栓頭部堅(jiān)固性。接軸螺栓斷裂多數(shù)是頭部斷裂,說(shuō)明頭部堅(jiān)固性不足。加大頭部過(guò)渡圓角尺寸,提高螺栓頭部的堅(jiān)固性,以U1螺栓M58×3為例,我們將頭部圓角由R3改為R3.5,有效降低應(yīng)力集中系數(shù)。
(3)優(yōu)化螺紋加工工藝避免負(fù)荷集中。
1)控制螺紋公差,均勻螺栓負(fù)荷,減少負(fù)荷集中。因?yàn)槁菟A(yù)緊后,螺紋部分的負(fù)荷呈倒錐狀分布,螺紋尾部負(fù)荷是其頭部負(fù)荷的1.3~1.5倍,造成螺栓頭部和尾部負(fù)荷不均勻,從而影響螺栓壽命。對(duì)此我們實(shí)施了修改螺紋加工公差的方法:一是加大螺紋頭部尺寸;減小螺紋尾部尺寸。使預(yù)緊后螺紋負(fù)荷部分呈矩形,達(dá)到避免螺紋尾部負(fù)荷集中目的。修改前后負(fù)荷變化情況如圖3所示。
2)延長(zhǎng)螺栓收尾長(zhǎng)度,減少應(yīng)力集中。我們根據(jù)不同的螺栓規(guī)格,將接軸螺栓螺紋收尾尺寸增大為2.5P(P為螺距),有效減少因應(yīng)力集中造成的螺紋尾部斷裂。實(shí)施以后,未出現(xiàn)接軸螺栓螺紋尾部斷裂情況。
(4)控制十字包端面兩個(gè)間隙。接軸十字包與十字軸之間的間隙大小直接影響接軸螺栓孔距,而孔距的誤差將會(huì)對(duì)接軸螺栓施加額外的彎曲荷載,直接影響接軸螺栓壽命,我們采用在十字軸和十字包之間加調(diào)整墊片的方法,對(duì)孔距進(jìn)行逐個(gè)調(diào)整,將十字包上接軸螺栓孔距控制在0.20~0.45mm之間(U5~U1軋機(jī)),消除附加荷載。
(5)嚴(yán)格控制軸承座和接軸本體連接鍵的配合間隙。接軸本體與十字包聯(lián)接鍵槽的間隙存在(圖4),增加了運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中十字包翻轉(zhuǎn)對(duì)接軸螺栓的彎曲荷載。一是選用較緊的H7/m6過(guò)渡配合公差;二是維修拆裝過(guò)程中,涂抹鎖固劑,彌補(bǔ)磨損間隙。可以減少這種翻轉(zhuǎn)產(chǎn)生的彎曲荷載。
(6)控制接軸套筒最大磨損值,減少接軸運(yùn)轉(zhuǎn)中十字軸和螺栓的沖擊負(fù)荷。接軸套筒端向簡(jiǎn)圖如圖5所示。
接軸套筒和軋輥扁頭間的間隙設(shè)計(jì)值為:0.35~0.60mm。接軸在運(yùn)行一段時(shí)間(三個(gè)月左右)后,接軸套筒的兩個(gè)圓弧面就出現(xiàn)不同程度的磨損,最大值達(dá)5mm。套筒和軋輥之間的這個(gè)間隙使接軸每運(yùn)轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生兩次擺動(dòng)位移,對(duì)十字軸和螺栓造成兩次沖擊負(fù)荷,加劇了十字軸和螺栓的損壞。接軸套筒和軋輥扁頭間的間隙設(shè)計(jì)值為:0.35~0.60mm。接軸在運(yùn)行一段時(shí)間(三個(gè)月左右)后,接軸套筒的兩個(gè)圓弧面就出現(xiàn)不同程度的磨損,最大值達(dá)5mm。套筒和軋輥之間的這個(gè)間隙使接軸每運(yùn)轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生兩次擺動(dòng)位移,對(duì)十字軸和螺栓造成兩次沖擊負(fù)荷,加劇了十字軸和螺栓的損壞。我們主要采?。阂皇菍?duì)套筒內(nèi)表面進(jìn)行熱處理以提高表面硬度、提高耐磨性,減少磨損,延長(zhǎng)使用時(shí)間;二是嚴(yán)格控制磨損值,定期進(jìn)行測(cè)量,超標(biāo)套筒下線修復(fù),保證磨損量不超過(guò)2.5mm,盡量降低沖擊負(fù)荷。
(7)嚴(yán)格控制接軸套筒制造公差,建立軋輥扁頭離線測(cè)量和上線清理制度,避免軋機(jī)上下線困難。套筒與扁頭間隙過(guò)大產(chǎn)生沖擊,而過(guò)小則造成軋輥插入困難,影響軋機(jī)上線。對(duì)此,我們主要是套筒內(nèi)孔制造公差優(yōu)化為:370+0.45/+0.6mm和265+0.35/+0.5mm。同時(shí)在軋輥首次車削時(shí)對(duì)扁頭進(jìn)行尺寸和對(duì)稱度測(cè)量,嚴(yán)格保證其在設(shè)計(jì)公差內(nèi)。堅(jiān)持軋輥每次上線前進(jìn)行徹底清洗和涂抹甘油,減少雜物進(jìn)入,改善潤(rùn)滑條件。
4 結(jié)論
通過(guò)以上技術(shù)改進(jìn)和控制措施,接軸強(qiáng)度顯著提升,運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性得到了保證,使用壽命明顯延長(zhǎng),減輕了對(duì)產(chǎn)能提升的制約,保障了生產(chǎn)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)也大大減少了維護(hù)和檢修工作量,降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度。