四辊可逆轧机机架辊故障分析及改造

【摘要】机架辊在轧制过程中，由于处于轧制坯料热幅射、轧辊冷却水及除鳞高压水的冷热工况下，且频繁受到轧件下扣的巨大撞击，导致了轧机机架辊使用寿命普遍较短。现通过结合现场轧制条件及...

摘要：针对3000mm中板四辊可逆轧机机架辊生产过程中易出现的各类设备故障：轴承寿命短、传动易失效等具体问题，结合现场生产条件，经过多次摸索、试制对机架辊结构进行了改造优化，收到了实际成效，实现了三钢中板轧机机架辊的使用寿命由4～6个月延长至10～12个月。

关键词：轧机机架辊；故障分析；结构改造

1.轧机机架辊简介

三钢中板四辊轧机机架辊位于轧辊两侧，是将板坯顺利送入轧机辊缝并接受轧出的轧件的设备，通过斜垫、导板、楔块卡紧在牌坊予设的凸台及卡槽内。每个辊子的传动端辊颈内嵌入鼓形齿内齿套，与带鼓形齿的传动轴、电机相接而传动。

2.机架辊故障分析

机架辊在轧制过程中，由于处于轧制坯料热幅射、轧辊冷却水及除鳞高压水的冷热工况下，且频繁受到轧件下扣的巨大撞击，导致了轧机机架辊使用寿命普遍较短。现通过结合现场轧制条件及原机架辊设计结构，分析出三钢中板轧机机架辊寿命较短的主要原因，并通过改造优化各零部件结构，以提高机架辊使用寿命。机架辊故障主要因素总结如下：

2.1.机架辊轴承易损坏

原设计机架辊传动侧轴承座是通过轴承座与牌坊之间的O圈挤压变形，通过变形量以防止冷却水及氧化铁皮进入机架辊轴承座。机架辊在生产过程中，O圈易受板坯温度、氧化铁皮及机架辊与牌坊相互振动挤压而变形失效，致轧辊冷却水及氧化铁皮沿轴承座与牌坊配合面，并透过透盖内侧与定距环、内齿套之间的间隙渗入到轴承座内部，致轴承内部保持架、滚珠磨损严重，另冷却水的渗入造成了轴承干油不足。尤其机前机架辊还受到机前高压除鳞水的喷射，机架辊轴承座易在短时间内内部大量进水，使轴承完全失效，从而使轴承极易损坏。

2.2.机架辊离合传动失效

机架辊离合传动啮合齿磨损失效主要有以下两点：其一，原设计鼓形齿内齿套与传动轴上齿轮轴啮合处侧面为开式结构，冷却水与氧化铁皮易可沿着轴承座与牌坊之间配合面并通过齿轮轴与内齿套周圈的空隙进入到内外齿啮合处，造成了传动啮合面腐蚀、生锈、磨损。其次，传动啮合齿处无任何干油滑润系统，传动轴正反转动工作时，易使传动轴上的齿轮轴与内齿套啮合齿处不断磨损，扩大啮合间隙，久之，造成了齿轮轴及内齿套上的传动齿急剧磨损，直至传动失效。

2.3.机架辊传动内齿套与辊子联接失效

机架辊传动侧的内齿套是通过4个M16×60的内六角螺钉锁紧在机架辊辊子上。机架辊在轧制过程中，传动轴是通过带动内齿套转动辊子。在机架辊正反转时，由于配合间隙的存在易使内齿套与辊子之间产生巨大的正反转冲击力，致使内齿套卡块与辊子卡槽配合尺寸不断磨损变大。随着内齿套与辊子卡槽尺寸不断变大，螺钉易被切断或松脱，造成螺帽外凸将机架辊卡住机架，无法转动。

3. 机架辊改造优化

针对以上问题，结合现场生产条件，经过多次摸索、试制对机架辊结构进行了以下优化改善，并收到了实际效果。

3.1. 机架辊轴承座内结构改造

增设机架辊传动侧轴承座密封（如图1）。在原透盖内侧增设一定位环，通过扩大原轴承定距环外径及装配骨架油封，以实现定距环、骨架油封及透盖对轴承座内轴承的防护及干油存储功用。即骨架油封装配到位后，骨架油封中弹簧的轴向预紧力，能在较长时间内防止冷却水、氧化铁皮从定距环与透盖之间间隙渗入到轴承座内部，另保障了轴承座内轴承干油，改善了机架辊轴承工况。

1-辊子；2-轴承座；3-透盖；4-定位环；5-定距环；6-内齿套；7-骨架油封；8-O圈；9-轴承

图1改造后轴承座内结构

3.2.传动轴结构改造

首先，优化传动齿参数，在不改变机架辊传动端卡槽内径尺寸的前提下，将传动齿分度圆直径稍做扩大，即将原传动齿参数：模数m=4；齿数=28；改为模数=6；齿数=18，则改造后传动齿齿厚比改造前齿厚增加了50%。其次，将传动齿材料由40CrMo改成30Cr2Ni2Mo，以提高传动齿耐磨性。再者，增设传动齿处干油：根据传动轴结构特点，借助传动轴内部空心结构特点，在传动轴上钻取一M10×1干油加油孔。通过定期人工干油枪注油方式，将干油注入于齿轮轴上齿啮合处，实现对离合传动齿处功用。另为避免频繁正反转传动轴的传动啮合处因冷却水及氧化铁皮的侵入腐蚀，须在传动齿啮合处增设密封结构。在传动轴与内齿套装配处，新设水封定位环（如图2），通过装配V形水封，并在离合器传动轴装配到位的前提下，使V形水封、齿轮轴、内齿套及定位环之间能够形成一密闭的存油空间。通过以上措施不仅实现了啮合处干油的供油及储油功用，也避免了冷却水及氧化铁皮对传动啮合面的腐蚀，保障了传动齿处的，最大程度地延长了传动轴的使用寿命。

1-辊子；2-加油口；3-螺钉；4-V形水封；5-定位环；6-齿轮轴；7-传动轴；8-内齿套

图2改造后传动轴结构

3.3. 优化内齿套与辊子装配方法

由于机架辊的工况要承受巨大的冲击及振动，因此如何避免机架辊内齿套上紧定螺钉松脱是首要任务。经多年来实践经验，可采取以下措施：首先在装配时，选用高强度的M16×60的内六角螺钉对内齿套进行装配。其次，在内齿套螺钉紧定到位后，将内齿套与辊子卡槽配合处用高强度焊条焊接起来，保障在巨大冲击时，两者相对位置的固定性，即可避免内齿套与辊子卡槽之间的相对冲击、磨损。最后，将螺钉螺帽与内齿套焊成整体，避免因螺栓被切断而发成的螺帽外突造成的机架辊卡死事故。通过改善内齿套装配方法后，即避免了机架辊因紧定螺钉造成机架辊卡死的设备故障，又保证了辊子及传动轴的之间的配合尺寸，大幅减少了设备修复成本。

4. 总结：

以上机架辊故障为三钢中板轧机机架辊近几年来的常见故障，通过对轧机机架辊改造优化后，三钢中板轧机机架辊的使用寿命由原先的4～6个月提高至10～12个月，并实现了在使用10～12个月后计划检修更换，另外，由于轴承座内的保障，实现了中板板轧机机架辊部分轴承的国产化，降低了生产备件成本。