精轧机组同步齿轮箱改造

2013-12-04余新望

设备管理与维修 2013年2期

关键词：扳手校核箱体

余新望

武汉钢铁集团鄂城钢铁公司湖北鄂州市

1.概述

鄂钢高线厂于2000年9月建成投产，采用当时国内外先进的工艺装备技术，其中关键的机械设备如精轧机组、吐丝机等引进英国阿希洛技术，设计速度110m/s，保证速度90m/s，精轧机组某些部件转速达到9000r/min以上。

精轧机组同步齿轮箱承担精轧机组的所有负载。在2002年到2007年间发生多起轴承烧损故障，其中2004年、2006年每年检修约耗时120h，严重制约高线厂的生产和经营。为此，决定利用2007年中修对精轧机组进行改造，彻底解决问题。

在同步齿轮箱维修过程中，发现箱体高度相差1mm左右，而根据外方的箱体图纸要求其平面度误差<0.01mm，因此，在工作过程中，箱体变形严重使其运行精度大大降低，在运转时产生非常大的振动和噪声，严重影响轴承的使用寿命。从如下几个方面进行分析：（1）求出箱体所受的力，校核轴承寿命；（2）在采用座浆法安装情况下，校核液压扭矩扳手产生的垂直向下的力是否使箱体变形；（3）校核轴承在最大负载时，润滑油是否充足。

2.改造设计计算

根据设计要求，用 1～7 编号齿轮和轴，即齿轮 1、2、3、4、5、6、7；轴 1、2、3、4、5、6、7，其中轴 1、7 输入轴，输入功率 P=2×1200kW，转速n=700/1400r/min；轴2、6输出轴，n6=3343r/min，n2=2711r/min。

由设计可知，齿轮3、4、5和轴3、4、5起到调向和联动作用，对箱体作用力较小（故在结构设计中设置1条肋板），而输入输出轴对箱体作用力较大（故在结构设计中设置3块肋板）。输入输出轴由于被动轴和齿轮的差别，轴1、2对箱体的作用较大。根据最大力原则，只计算轴1、2对箱体的作用力及箱体变形，即可满足要求。

被动轴：d2=387.69mm，m2=127kg（左旋），轴 m2=94kg；主动轴：d1=750.77mm，m1=520kg（右旋），轴 m1=148.4kg；α=20°，β=12.8387°。

（1）求解作用在箱壁上的力。箱壁前后支点反力相同，前后箱壁所受外力相等。

齿轮上的受力如图1所示：

图1 齿轮、轴受力图

由径向力引起的水平反力Fr1x=32.63/2=16.3kN

由轴向力引起的水平反力

所以齿轮1和轴1所受水平力为：

对应的箱壁受力如图2所示。

（2）校核输入轴轴承的设计寿命是否满足使用要求。在校核箱体刚度和润滑油是否满足要求时，选取电机功率最大，转速最低时的转矩来进行计算；进行轴承寿命校核时，按照日常实际工作中实际最大转矩进行计算。

图2 箱体受力图

实际应用的当量动负载：

由上述计算可知，轴承寿命在实际最大负载作用下寿命可达到7.7年左右，而根据不同产品规格的不同，精轧机的转速、转矩也是不同，轴承的负载还会不断变小，轴承的寿命还将延长。因此轴承的设计寿命能满足现场使用要求，轴承的选型没有问题。

（3）校核安装时箱体底部的变形力。由于在同步箱安装过程中没有安装设备底座，而是直接将箱体安装在水泥基础的垫铁上，在安装过程中很容易造成某一块或几块垫铁与箱体底部接触不实，在此情况下，求出使箱体变形最小力[Fz]，与安装时使用的液压扭矩扳手所产生的向下的力N进行比较（图3），简化成简支梁的情况计算。

对于碳钢，弹性模量 E=2×1011，截面惯性矩 I=30.16×10-6m4，则使箱体变形的最小力[Fz]=251.333kN，实际使用的液压扭矩扳手产生的向下力为N=264.86kN，N>[Fz]，因此在此种情况下箱体容易变形。由上述计算可知，箱体的变形主要是由安装原因引起的。

（4）校核轴承润滑油是否充足。喷嘴面积S=3.9mm2，设计要求喷嘴孔为 Φ5mm，所以 S实=19.625mm2，故 S实＞S，即油量充足。

由上述计算可知，箱体轴承故障的发生主要是由于在安装时采用座浆法安装，没有设计设备底座，直接将箱体安装在垫板上，当二次灌浆层中有空隙时在液压扭矩扳手正常工作的压力下，使箱体逐步变形，从而使轴承孔所需的同轴度丧失，引起较大的边缘负载，使轴承寿命大大降低。因此，改造措施是给箱体增加一个刚性大底座，改变其地基上的安装方式，从而增加箱体的整体垂向刚度。