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冷軋酸軋軋機(jī)減速機(jī)軸承故障分析及優(yōu)化策略

蘇健

來(lái)源:裝備制造技術(shù)

(版權(quán)歸原作者或機(jī)構(gòu)所有)

摘 要:針對(duì)冷軋酸軋機(jī)組軋機(jī)減速機(jī)輸入軸軸承點(diǎn)蝕的問(wèn)題進(jìn)行分析與優(yōu)化處理,解決其在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的軸承損壞問(wèn)題,提高設(shè)備運(yùn)行可靠性。

1、 引言

唐山瑞豐冷軋線為名義寬度950mm、酸洗、連 軋生產(chǎn)線,于2015年由中冶某公司和中國(guó)某重型機(jī)械研究院共同設(shè)計(jì)制造。年設(shè)計(jì)產(chǎn)能55萬(wàn)噸。軋機(jī)出口設(shè)計(jì)速度為800m/min,軋制寬度620~860mm,軋制鋼種Q195、Q235、Q345、08Al,來(lái)料帶材厚度2~4mm,成品厚度0.25~2.0mm,目前已達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)能。其中連軋機(jī)為5組軋機(jī),自2016年6月投產(chǎn),使用不到一年,F(xiàn)2、F3減速機(jī)輸入軸固定端軸承多次出現(xiàn)高溫、點(diǎn)蝕損壞現(xiàn)象,并多次在正常生產(chǎn)狀態(tài)下出現(xiàn)故障,被迫更換軸承,嚴(yán)重制約正常生產(chǎn)。本文通過(guò)對(duì) F1、F2、F3 架軋機(jī)減速器輸入軸固定端軸承的受力分析及壽命校核來(lái)分析故障原因, 并提出一個(gè)可行而又低成本的優(yōu)化方案。

2、 目前的情況及問(wèn)題

軋鋼用減速機(jī)使用壽命一般在10年以上,減速機(jī)用軸承壽命一般不低于4×104h。自2015年6月份投產(chǎn)至今,軋機(jī)主傳動(dòng)減速機(jī)軸承滾動(dòng)體出現(xiàn) 不同程度磨損及點(diǎn)蝕。故障出現(xiàn)后,技術(shù)人員先后排查了潤(rùn)滑油路是否通暢、油量為否合適、軸承間隙是否合理,有無(wú)頂死現(xiàn)象,鼓形齒連軸器軸向是否游動(dòng)、箱體軸承位公差是否在要求范圍內(nèi),均未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。到目前 F1、F2、F3高速軸共更換7盤(pán)軸承(詳見(jiàn)表1,軸承更換及使用數(shù)據(jù)),高速軸固定端軸承平均使用壽命約7600h。

我廠酸連軋機(jī)使用的軋機(jī)減速機(jī),形式如圖1所示,其輸入軸位置上固定端和游動(dòng)端各使用一個(gè)23952C3游隙雙列調(diào)心滾子軸承的方案(見(jiàn)圖2:原方案結(jié)構(gòu)圖),一般情況下,一級(jí)傳動(dòng)齒輪螺旋角在6° ~ 9°之間,軸向力與徑向力之比在15% ~ 20%之間,經(jīng)分析,本減速機(jī)一級(jí)傳動(dòng)齒輪螺旋角為15°,軸向力與徑向力之比高達(dá)71%。采用兩端雙列調(diào)心滾子軸承的設(shè)計(jì)方案所能承載的軸向力較差,作用在該軸上的軸向力較大,這也正是輸入軸固定端軸承頻繁損壞的原因。

2017年11月大修期間,拆解減速機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)F1、F2、F3架減速機(jī)出現(xiàn)輸入軸軸固定端軸承點(diǎn)蝕的現(xiàn)象,且損壞的都是固定端軸承承載軸向力的一列產(chǎn)生點(diǎn)蝕(見(jiàn)圖3:軸承點(diǎn)蝕的情況)

因此必須要考慮其他的固定端的軸承方案來(lái)提高性能和可靠性。

基于以上原因,考慮在F1、F2、F3架軋機(jī)減速機(jī)輸入軸固定位置一端增加一對(duì)29244E的推力調(diào)心滾子軸承,另一端仍采用雙列調(diào)心滾子軸承的方案,以提高該處在承受高速重載情況下承受軸向力的能力。

3、優(yōu)化策略

徹底的方案是改變一級(jí)傳動(dòng)螺旋角至6°~7°,可改變軸向力與徑向力之比到20%,這樣將對(duì)齒輪系、傳動(dòng)比、箱體等重要部件都要重新制作,主電機(jī)位置重新定位,其冷卻水管重新布局,以及電控系統(tǒng)也要重新調(diào)試,大大增加改造周期及成本。因此, 將固定端軸承增加一對(duì)29244E推力調(diào)心滾子軸承(見(jiàn)圖4:改進(jìn)方案結(jié)構(gòu)圖),以改善固定端軸承點(diǎn)蝕問(wèn)題。同時(shí)為在現(xiàn)有基礎(chǔ)上以的改動(dòng)幅度對(duì)該 輸入軸進(jìn)行改進(jìn),改進(jìn)所選用的固定端軸承型號(hào)為NSK29244E,將高速軸加長(zhǎng)160mm,同進(jìn)將箱體和潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,這樣對(duì)二軸、三軸可以不作改變,箱體、電機(jī)以及電控系統(tǒng)均無(wú)需改動(dòng),大大縮短了調(diào)試周期及程度上降低了成本。

3.1、 受力分析

F1、F2、F3架軋機(jī)減速機(jī)主要性能參數(shù)以F3為例:主電機(jī)額定功率P= 2500kW,輸入軸轉(zhuǎn)速n=636r/min,齒輪壓力角α=20°、螺旋角β= 15°、輸出轉(zhuǎn)矩M0=9550P/n=26294N·m,分度圓直徑d=0.501m。

平均分度圓上的圓周力:F ′t =2T÷d=104950N

徑向力 Fr= Ft′ × tanα÷cosβ=39546N

軸向力 Fa= Ft′ × tanβ= 28122N

軸承支反力計(jì)算:

軸承徑向力 FrA=Fr÷2=19773N

軸承軸向力 FaA=Fa÷2=14061N

3.2 、原設(shè)計(jì)軸承壽命校核

3.2.1、 固定端的計(jì)算

根據(jù)NSK軸承選型手冊(cè),固定端選用23952雙列調(diào)心滾子軸承。

(1)動(dòng)負(fù)荷,代入數(shù)據(jù)得:P=X×Fr+Y×Fa= 89175N

(2)速度系數(shù),代入數(shù)據(jù)得:Fn=(0.03n)-10/3=0.41

(3)疲勞壽命系數(shù)計(jì)算:針對(duì)使用工況,選取力矩載荷系數(shù) fm=1.5選取沖擊載荷數(shù)fd=1.5選取溫度系數(shù)fT=1.0fh=fn×ft×C÷(fm×fd×P)= 1.91

(4)計(jì)算軸承的壽命

P=X×Fr+Y×Fa=89.81kNC=930kN(查NSK軸承選型手冊(cè)得該數(shù)據(jù))Lh= 1000000 ÷ (60n × fh10/3)=4351h(約合0.5年)其設(shè)計(jì)壽命遠(yuǎn)不能滿足使?需求。

3.3、 改進(jìn)后的軸承壽命校核 

(1)動(dòng)負(fù)荷的計(jì)算:P=X×Fr+Y×Fa=13248N

(2)疲勞壽命系數(shù)計(jì)算:fh = fn×ft×C÷(fm×fd×P)=12.88

(3)計(jì)算軸承的壽命Lh= 1000000 ÷(60n)×fh10/3= 2505519h(約合290年)能滿足現(xiàn)場(chǎng)使用的要求。

4、 結(jié)束語(yǔ) 

通過(guò)理論分析及實(shí)踐,推力調(diào)心滾子軸承加雙列調(diào)心滾子軸承的方案是可行的,且改進(jìn)方案相比一端固定一端游動(dòng)兩個(gè)調(diào)心滾子軸承的方案有著很大的優(yōu)勢(shì),推力調(diào)心滾子軸承提供了非常好軸向承載能力,從而更好地分配了載荷,提高調(diào)心滾子軸承的壽命。此方案還有如下優(yōu)勢(shì):通過(guò)控制固定端推力調(diào)心滾子軸承的軸向游隙可以比較精確的控制減小主軸的軸向竄動(dòng)量;同時(shí)由于未改變?cè)瓉?lái)一軸的結(jié)構(gòu)形式,齒輪系及游動(dòng)端的軸承型號(hào)也未改變,可以利用原來(lái)遺留的軸承、齒輪備件,減少了技改的資金投入,同時(shí)大大縮短了改造周期。

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