论文部分内容阅读
摘 要： 对型钢轧机中，国产SWC620十字万向接轴运行中存在的故障进行诊断分析，通过对其进行优化改进，有效地提高国产SWC620接轴使用寿命。
关键词： 型钢轧机；接轴故障；分析及处理
中图分类号：TG333 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0220152－01
0 引言
SWC620接轴是莱钢小型H型钢线φ650开坯机主要传动部件，接轴运行中故障率较高，直接影响整条生产线设备正常运行，同时也是制约设备影响的维护费用关键备件。
1 接轴故障现象
在生产过程中，接轴多次出现叉头断裂及内部零件的机械损坏的故障，主要现象有：
1）接轴十字叉头断裂，十字轴脱出，接轴传动失效；
2）接轴十字轴承脱出，叉头出现干涉，造成接轴振动增大；
3）接轴轴身焊接部位发生环裂。
2 接轴故障原因及分析
2.1 接轴参数及接轴工况
万向接轴：型式整体叉头型；型号：SWC620WHf3*3460；接轴公称扭矩：1120KN.m；疲劳扭矩：560KN.m；万向节之间间距：2000mm；十字包回转直径：φ620；接轴折角：0～15°；接轴总长度3060mm。
φ650开坯机主电机：YR2000-12，P=2000KW，495rpm，上海电机厂生产，额定电流150A，最大冲击电流400A。
φ650开坯机综合减速机：齿轮箱：FGZJ-03-00，P=3000KW，I=7.23，n=79.895rpm，南京高精齿轮厂生产。
φ650工作机座：辊系的名义直径φ650，轧辊的最大直径φ950mm。
2.2 接轴叉头断裂
1）接轴公称扭矩不足问题：型钢轧机运行中，主电机冲击电流是最大400A，电机最大功率P=1.732U*I*cosφ=1.732*6000*400*0.85=3533.28
千瓦，电机扭矩M=P/ω=3533.28/（3.14*495/30）=3533.28/51.8151.81=
68.20KN.m减速机输出功率M=68.20*7.2273=492.9KN.m。接轴实际最大承载扭矩492.9KN.m，小于接轴公称扭矩1120KN.m，说明接轴的公称扭矩选择不存在问题。
2）从接轴断口进行分析，可以得出SWC结构接轴叉头毛坯整体铸造过程中，存在铸造缺陷。接轴叉头断口图如下：
从图中可以看出铸造缺陷，晶粒疏松、粗杂现象。在低倍显微镜下，可以看出断口晶粒组大，同一铸件存在化学成分、金相组织和性能不一，也就是偏析现象。同时铸造毛坯件表层有脱碳层或存在碳量降低的现象。
这些铸造缺陷造成叉头强度严重降低，是造成接轴断裂的主要原因。
2.3 接轴十字轴承脱出
十字轴承采用卡环与叉头沟槽配合的固定方式。在实际生产过程中，由于冲击负荷较大，造成十字轴承外侧卡环松动，十字轴与轴承产生游隙增大。在交变载荷作用下，卡环在叉头卡槽上弹出，十字轴承出现脱落，造成接轴传动失效。
另一方面接轴套筒和轧辊扁头间的间隙设计值为：0.35～0.60mm。接轴在运行一段时间（三个月左右）后，接轴套筒的两个圆弧面就出现不同程度的磨损，最大值达5mm。
2.4 接轴叉头焊接质量存在一定的问题。
接轴包括两侧叉头和中间接轴三大部分，叉头与中间接轴采用焊接组成整体加工工艺。接轴叉头材质ZG35CrMo，中间接轴是45#钢厚壁管，两者属于中碳钢其焊接性能较差。在焊接热影响区容易产生低塑性的马氏体组织。当焊接刚性较大或焊接材料、工艺参数选择不当时，容易产生冷裂纹。
3 解决方法
针对以上故障分析的原因，我们采取了以下措施：
1）要求厂家对叉头铸造毛坯进行抽样检查与金相检查。保证铸造叉头毛坯的显微组织，应符合GB/T13298-1991《金属显微组织检验方法》的规定，晶粒度测定应符合YB/T5148-1993《金属平均晶粒度测定方法》的规定，铸钢的显微组织检验还应符合GB/T13298-1993《钢的显微组织评定方法》的规定。
2）针对K1、K2道次压下量较大的咬入困难的问题，从生产工艺着手对K1、K2道次压下量进行优化，减小这两道次的压下量；
针对接轴套筒和轧辊扁头间的间隙较大造成的冲击，主要采取：一是对套筒内表面进行热处理以提高表面硬度、提高耐磨性，减少磨损，延长使用时间；二是严格控制磨损值，定期进行测量，超标套筒下线修复，保证磨损量不超过2mm，尽量降低冲击负荷。三是套筒内孔制造公差优化为：320+0.45/+0.6mm和260+0.35/+0.5mm。四是坚持轧辊每次上线前进行彻底清洗和涂抹甘油，减少杂物进入，改善润滑条件。
3）提高焊缝的方法：① 接轴叉头与中间接轴焊接一是要对焊接件进行预热，加热范围在焊口两侧150-200毫米，预热温度大于150℃。② 为了减少母材金属溶入焊缝的比例，焊接接头可做成U形或V形坡口。焊接完成后冷却到预热温度之前就进行消除应力热处理，消除应力热处理温度一般在600-650℃之间，如果焊后不能立即消除应力，则应先进行后热处理，以便扩散氢逸出，后热温度约150℃保温2小时。③ 没有热处理消除焊接应力的条件时，可在焊接过程中用锤击热体焊缝金属的方法去减小焊接应力，并设法使焊缝缓冷。
4 结论
型钢轧机传动装置具有较大扭矩、冲击性能强的特点，其接轴结构设计时应充分考虑到这一点，通过以上技术改进和控制措施，接轴故障明显减少，从而保证了生产的正常进行。
参考文献：
[1]当代中国音像出版社于顺阳主编，《现代铸造设计与生产实用新工艺、新技术、新标准》.
[2]机械工业出版社陈祝年主编，《焊接工程师手册》.
[3]机械工业出版社盛善权主编，《机械制造》.
作者简介：
孔令强（1980-），男，汉族，助理工程师，2010年毕业于山东科技大学机械制造与自动化专业，主要从事设备管理及技术管理工作。
关键词： 型钢轧机；接轴故障；分析及处理
中图分类号：TG333 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0220152－01
0 引言
SWC620接轴是莱钢小型H型钢线φ650开坯机主要传动部件，接轴运行中故障率较高，直接影响整条生产线设备正常运行，同时也是制约设备影响的维护费用关键备件。
1 接轴故障现象
在生产过程中，接轴多次出现叉头断裂及内部零件的机械损坏的故障，主要现象有：
1）接轴十字叉头断裂，十字轴脱出，接轴传动失效；
2）接轴十字轴承脱出，叉头出现干涉，造成接轴振动增大；
3）接轴轴身焊接部位发生环裂。
2 接轴故障原因及分析
2.1 接轴参数及接轴工况
万向接轴：型式整体叉头型；型号：SWC620WHf3*3460；接轴公称扭矩：1120KN.m；疲劳扭矩：560KN.m；万向节之间间距：2000mm；十字包回转直径：φ620；接轴折角：0～15°；接轴总长度3060mm。
φ650开坯机主电机：YR2000-12，P=2000KW，495rpm，上海电机厂生产，额定电流150A，最大冲击电流400A。
φ650开坯机综合减速机：齿轮箱：FGZJ-03-00，P=3000KW，I=7.23，n=79.895rpm，南京高精齿轮厂生产。
φ650工作机座：辊系的名义直径φ650，轧辊的最大直径φ950mm。
2.2 接轴叉头断裂
1）接轴公称扭矩不足问题：型钢轧机运行中，主电机冲击电流是最大400A，电机最大功率P=1.732U*I*cosφ=1.732*6000*400*0.85=3533.28
千瓦，电机扭矩M=P/ω=3533.28/（3.14*495/30）=3533.28/51.8151.81=
68.20KN.m减速机输出功率M=68.20*7.2273=492.9KN.m。接轴实际最大承载扭矩492.9KN.m，小于接轴公称扭矩1120KN.m，说明接轴的公称扭矩选择不存在问题。
2）从接轴断口进行分析，可以得出SWC结构接轴叉头毛坯整体铸造过程中，存在铸造缺陷。接轴叉头断口图如下：
从图中可以看出铸造缺陷，晶粒疏松、粗杂现象。在低倍显微镜下，可以看出断口晶粒组大，同一铸件存在化学成分、金相组织和性能不一，也就是偏析现象。同时铸造毛坯件表层有脱碳层或存在碳量降低的现象。
这些铸造缺陷造成叉头强度严重降低，是造成接轴断裂的主要原因。
2.3 接轴十字轴承脱出
十字轴承采用卡环与叉头沟槽配合的固定方式。在实际生产过程中，由于冲击负荷较大，造成十字轴承外侧卡环松动，十字轴与轴承产生游隙增大。在交变载荷作用下，卡环在叉头卡槽上弹出，十字轴承出现脱落，造成接轴传动失效。
另一方面接轴套筒和轧辊扁头间的间隙设计值为：0.35～0.60mm。接轴在运行一段时间（三个月左右）后，接轴套筒的两个圆弧面就出现不同程度的磨损，最大值达5mm。
2.4 接轴叉头焊接质量存在一定的问题。
接轴包括两侧叉头和中间接轴三大部分，叉头与中间接轴采用焊接组成整体加工工艺。接轴叉头材质ZG35CrMo，中间接轴是45#钢厚壁管，两者属于中碳钢其焊接性能较差。在焊接热影响区容易产生低塑性的马氏体组织。当焊接刚性较大或焊接材料、工艺参数选择不当时，容易产生冷裂纹。
3 解决方法
针对以上故障分析的原因，我们采取了以下措施：
1）要求厂家对叉头铸造毛坯进行抽样检查与金相检查。保证铸造叉头毛坯的显微组织，应符合GB/T13298-1991《金属显微组织检验方法》的规定，晶粒度测定应符合YB/T5148-1993《金属平均晶粒度测定方法》的规定，铸钢的显微组织检验还应符合GB/T13298-1993《钢的显微组织评定方法》的规定。
2）针对K1、K2道次压下量较大的咬入困难的问题，从生产工艺着手对K1、K2道次压下量进行优化，减小这两道次的压下量；
针对接轴套筒和轧辊扁头间的间隙较大造成的冲击，主要采取：一是对套筒内表面进行热处理以提高表面硬度、提高耐磨性，减少磨损，延长使用时间；二是严格控制磨损值，定期进行测量，超标套筒下线修复，保证磨损量不超过2mm，尽量降低冲击负荷。三是套筒内孔制造公差优化为：320+0.45/+0.6mm和260+0.35/+0.5mm。四是坚持轧辊每次上线前进行彻底清洗和涂抹甘油，减少杂物进入，改善润滑条件。
3）提高焊缝的方法：① 接轴叉头与中间接轴焊接一是要对焊接件进行预热，加热范围在焊口两侧150-200毫米，预热温度大于150℃。② 为了减少母材金属溶入焊缝的比例，焊接接头可做成U形或V形坡口。焊接完成后冷却到预热温度之前就进行消除应力热处理，消除应力热处理温度一般在600-650℃之间，如果焊后不能立即消除应力，则应先进行后热处理，以便扩散氢逸出，后热温度约150℃保温2小时。③ 没有热处理消除焊接应力的条件时，可在焊接过程中用锤击热体焊缝金属的方法去减小焊接应力，并设法使焊缝缓冷。
4 结论
型钢轧机传动装置具有较大扭矩、冲击性能强的特点，其接轴结构设计时应充分考虑到这一点，通过以上技术改进和控制措施，接轴故障明显减少，从而保证了生产的正常进行。
参考文献：
[1]当代中国音像出版社于顺阳主编，《现代铸造设计与生产实用新工艺、新技术、新标准》.
[2]机械工业出版社陈祝年主编，《焊接工程师手册》.
[3]机械工业出版社盛善权主编，《机械制造》.
作者简介：
孔令强（1980-），男，汉族，助理工程师，2010年毕业于山东科技大学机械制造与自动化专业，主要从事设备管理及技术管理工作。