辊道轴头断裂后的镶轴修复实践

李林，贺平辉，程启涛，杨文清

（1.宝钢集团八钢公司设备工程部；2.新疆八一钢铁股份有限公司）

辊道轴头断裂后的镶轴修复实践

李林1，贺平辉1，程启涛1，杨文清2

（1.宝钢集团八钢公司设备工程部；2.新疆八一钢铁股份有限公司）

文章针对冶金行业板带输送辊道辊子轴头断裂后直接报废辊子问题，提出可以进行镶轴修复再使用。并理论计算分析了镶轴修复的技术可行性，结合现场实际给出了具体的镶轴修复工艺，镶轴修复使用为企业创造了效益。

辊道；轴头断裂；镶套修复；强度校核

1　前言

冶金行业的钢坯或带钢（简称板带）在生产过程中的移动主要靠辊道进行运送，这些辊道由若干辊子组成。辊子分为实心辊和空心辊，针对价格较高的实心辊失效后的修复进行研究。

实心辊本体的失效主要有辊面磨损、裂纹，轴头磨损、断裂，辊身断裂等失效模式。实心辊轴头断裂之后，一般采用打坡口焊接或镶轴头两种修复工艺。打坡口焊接因强度不够，基本不采用；镶轴头工艺因工艺复杂，过盈量很难确定，修复后强度是否能保证等技术难题，现场也很少采用。现场通常将轴头断裂的辊子做报废处理，而一根实心辊辊子本体的价格在6～8万元，若能修复再使用，将大大延长辊子寿命，降低辊子消耗成本。

为降低生产成本以八钢1750热轧厂粗轧机前后的实心辊道为例，研究轴头断裂辊子的镶轴修复技术及工艺。

2　镶轴修复技术参数计算

八钢1750热轧厂粗轧机前后的实心辊道辊子采用35#～45#钢锻件制作，经过调质处理后硬度为HB189～210。

1750热轧粗轧辊道辊子电机传动力矩为902.6Nm。考虑到热膨胀系数相近，用于镶轴修复的新轴头选取45#钢锻件，调质处理后硬度为HB189～210，装配的接触长度为70mm，直径为Φ90mm，取倒角R=10mm。辊身轴头断裂残根切除并在轴承轴径档（Φ180mm）处打孔，用于插装新轴头，选用公差为，采用热装装配，冷却后上车床加工至图纸尺寸。

2.1基本参数

电机：转数n=292r/min，功率P=27.6kW，力矩T=902.6Nm

镶轴：公差取H7

X6

，基孔90+0350、轴90+200

+178，接触长度Lf=70mm。

最大过盈量：0.200-0=0.200mm。

最小过盈量：0.178-0.035=0.143mm。

热装时升温温度：△T=△d α1d （1）

式中：△d——镶轴的热膨胀量，取0.200mm（即最大过盈量）；d——直径，取90mm；α1——镶轴的材料线膨胀系数，11×10-6/℃：

2.2过盈配合镶轴修复的过盈量计算

2.2.1传递载荷所需的最小过盈量计算eamin——包容件传递载荷所需最小直径变化量；eimin——被包容件传递载荷所需最小直径变化量。

传递载荷所需的最小结合压强

已知：电机力矩T=902.6Nm，镶轴的直径df=90mm、接触长度Lf=70mm，取摩擦系数μ=0.14，弹性模量E=2×105MPa。 0=0.5，取泊松比υa=0.3，带入式（5）：Ca=1.967

计算所得Pfmin=7.238N/mm2，Ca=1.967，镶轴的直径df=90mm，取弹性模量Ea=2×105MPa。

包容件直径比qa=df

da =90

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被包容件是实心件，其直径比qi=0，取泊松比

计算所得Pfmin=7.238N/mm2，Ci=0.7，镶轴的直径df=90mm，取弹性模量Ei=2×105MPa

2.2.2不产生塑性变形所允许的最大有效过盈量eamax——包容件传递载荷所需最大直径变化量；eimax——被包容件传递载荷所需最大直径变化量。

包容件不产生塑性变形所允许最大结合压强Pfamax=aσsa（11）

被包容件不产生塑性变形所允许的最大结合压强Pfimax=cσsi（12）

屈服极限σsi=450MPa，则，Pfimax=225MPa

因此，比较计算所得的 Pfamax=187.2MPa与Pfimax=225MPa，不产生塑性变形，所允许的最大结合压强Pfmax只能取187.2MPa。

将Pfmax=187.2MPa，df=90mm，Ca=1.967，弹性模量Ea=2×105MPa，带入式（9），得：eamax=0.1657mm

将Pfmax=187.2MPa，df=90mm，Ci=0.7，弹性模量Ei=2×105MPa，带入式（10），得：eimax=0.059mm

则δemax=eamax+eimax=0.1657+0.059=0.2247mm最后得到过盈量为：δ=0.00868～0.2247mm因此，所选用的过盈量0.143～0.200mm满足强度要求。

2.3危险截面抗扭强度校核

图1　轴头安装示意图

（1）如图1所示，危险截面Ⅰ：Φ=90mm的轴头根部，许用扭转剪应力τp=35～55MPa。

按被包容件扭转强度轴径计算公式进行验算，

已知

计算

而镶轴轴头直径为90mm，远大于51mm。因此，轴径满足强度要求。

（2）危险截面Ⅱ为外径 d=180mm、内径d1=90mm，包容件的内孔根部许用扭转剪应力τp=25～45MPa。

按包容件扭转强度轴径计算公式进行验算，

而包容件外径为180mm，远大于58mm，因此，包容件轴径d、d1满足强度要求。

2.4疲劳强度安全系数校核

则，Sτ=15

许用安全系数一般选用：Sp=1.3～3，危险截面疲劳安全系数Sτ≥Sp，因此，选用的圆角r符合强度要求。

经过以上计算与校核，镶轴修复完全可行，且过盈配合参数选择合理。

3　镶轴修复施工工艺

（1）拆除辊子接手、轴承座、轴承等附件，并清洗辊子。

（2）辊子上C6100车床搭中心架校调，根据设计图纸要求，对轴头断裂面进行机加工，同时车削需镶轴的内孔，保证内角R和表面精度△1.6。

（3）根据设计图纸要求，加工镶配的轴头毛坯。

（4）加热辊道，温度为250℃，把轴头毛坯套入辊道内孔，自然冷却。

（5）辊子再次上C6100车床搭中心架校调，加工中心孔，顶上中心尾架，根据图纸要求加工轴头，恢复至图纸尺寸。

4　结论

该修复工艺在八钢公司1750热轧厂粗轧辊道上进行了实践，镶轴修复的辊子在机使用已一年多，效果良好。

采用该修复工艺可节约辊子消耗6万元/根，1750热轧已修复轴头断裂辊5根，可降低生产成本30万元。

[1]屈国华,康介铎,黄文灿,何元庚.机械原理与机械零件.北京：高等教育出版社,1996.

[2]机械工程手册编委会.机械工程手册.北京：机械工业出版社,1997.

[3]赵周礼.引进设备机械维修手册.1985.

Practice of Repair Roller Broken Head with Insert Shaft

LI Lin1，HE Ping-hui1，CHENGQi-tao1，YANGWei-qing2
（1.Equipment EngineeringDepartment,Bayi Iron&Steel Co.,Baosteel Group；2.XinjiangBayi Iron&Steel Co.,Ltd.）

Roller broken head always was discarded in steel plant.This paper proposes that roller broken head can be repaired with insert shaft.This paper calculates the parameters and checks the strength of repairing roller broken head with insert shaft.there is a technologyofrepairingroller broken head with insert shaft,In the end,the outcome and benefit are expressed in steel mill.

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TG333.17

B

1672—4224（2016）02—0043—03

联系人：李林，男，42岁，研究生，高级工程师，乌鲁木齐（830022）宝钢集团八钢公司设备工程部

E-mail:049270@baosteel.com.