某冷轧轧机工作辊万向轴跳销失效分析及改进

韦庆满

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司设备部，河北唐山 063200）

1 设备结构及工作原理

万向轴由花键轴身、含跳销的套筒、减速机端套筒3 部分组成（图1），其中万向轴的故障主要为含跳销的套筒的故障。

图1 万向轴结构

该单机架轧机主电机通过驱动减速箱、万向轴转动，从而带动工作辊进行转动轧制，且该轧机采用工作辊窜辊，即窜辊缸带动工作辊实现轴向窜动。由于万向轴与工作辊相连接，在工作辊窜辊时，万向轴必须同工作辊一同进行窜动（轴本身为花键轴，存在一定的伸缩量），此时工作辊的轴头（图2）应插在含跳销的套筒（图3）中，跳销就在窜动过程中起到了至关重要的作用。

跳销有2 种工作状态:①柱头未被压紧（图4），当跳销的柱头未被压缩时，跳销底销顶入工作辊的凹槽中（图2 圈处），此时跳销内部实现自锁，将工作辊牢牢锁在套筒中，在窜辊时实现万向轴随工作辊一同窜动；②柱头被压紧（图5），当跳销柱头被工作辊夹紧装置压缩时，跳销内部自锁解除，当有外力拉动工作辊时，跳销底销将会被顶进跳销内部，工作辊与套筒失去锁紧功能，此时工作辊可拔出，完成换辊等工作。

2 故障原因分析

2.1 直接原因查找及分析

跳销的柱头未被压紧，跳销底销未缩回，始终保持锁紧状态。一般有2 种故障表象:①插辊时，辊的顶端插到跳销底销的位置时，与其碰撞，插辊不到位，有时会造成万向轴缩回，工作辊夹紧装置不到位；②抽辊时，由于底销未缩回，故辊依旧被锁紧，无法抽出，发生故障。

图2 工作辊的轴头

图3 含跳销的套筒

跳销的柱头被压紧后，无法弹出，跳销底销受到轧辊轴向的力时即缩回，无法锁紧轧辊。一般表现为在窜辊过程中，含跳销的套筒与轧辊发生相对位移，情节严重者，套筒直接与轧辊脱开，万向轴掉落。

图4 跳销柱头未被压紧

图5 跳销柱头被压紧

2.2 间接原因查找及分析

2.2.1 跳销材质

跳销本身材质对跳销的使用寿命起到至关重要的作用，其中主要零部件为滚珠、滚珠槽（分上下两部分）、弹簧。当跳销柱头未被压紧时，滚珠承载较大的轧辊径向压力，尤其是在夹紧装置刚刚接触到柱头时，冲击力更大。当滚珠表面出现磨损变形的时候，滚珠在跳销内部不能发生设计要求的规则移动，甚至不发生移动，从而导致跳销的柱头被压紧时无法缩进跳销内部，有时候表现为当柱头不被压紧时无法弹出。所以对滚珠的强度要求较高，以保证在长期承受此径向压力时，滚珠表面几乎不出现磨损变形现象。

滚珠槽是滚珠在跳销内部移动的轨道，与滚珠的要求一样，都必须保证足够的强度，避免在高压力冲击下出现磨损变形。当它发生磨损变形后，与滚珠的影响结果是一样的。

弹簧主要是在柱头压紧力解除时，为柱头弹出提供动力。弹簧的弹力要尽可能大些，保证柱头的顺利弹出。如果弹簧力量过小，则可能因柱头无法弹出发生一系列故障。

2.2.1 工作辊夹紧装置

图6 工作辊夹紧装置

夹紧装置由液压缸控制，动作方向为垂直万向轴方向。作为压紧跳销柱头的工具，同时也起到支撑固定万向轴的作用，其发挥着至关重要的作用。夹紧装置上的压块（图6）直接压到柱头上，压块的厚度严重影响压紧柱头的程度，同时当压块松动时，也会影响压紧柱头的程度。夹紧装置上的定位线落入含跳销的套筒上的定位槽（图3 圈处）里，对万向轴起到支撑固定作用，当定位槽位置发生轻微变动时，压块则无法压紧跳销柱头，同时夹紧装置松动时，定位线固定不稳，同样会发生跳销压不紧的现象。

2.2.3 液压系统

控制夹紧装置的液压缸要保证有足够的力支撑、固定万向轴，同时压块能够压紧柱头。当压力低时，万向轴固定不稳，压块无法找正位置；当压力低到一定程度时，压块则压不紧柱头。所以要保证液压系统压力充足、稳定。

2.2.4 窜辊位置

当窜辊位置出现问题时，夹紧装置位置与跳销位置无法对正，无法将柱头压紧。

2.2.5 夹紧装置的接近开关

接近开关的位置直接影响夹紧装置液压缸的伸缩量，当接近开关位置出现问题时，夹紧装置无法压紧柱头，故障发生。

2.2.6 万向轴

当夹紧装置固定好万向轴后，万向轴的十字包头及花键轴身要处于相对水平的位置，若万向轴轴身成V 形状态，在插辊过程中，辊头与套筒在径向方向会存在异常阻力，无法正常插辊。

3 改进措施

根据以上原因分析，降低万向轴故障的非计划停机频率，减少非计划停机时间，需从以下8 点进行管理维护:①改善跳销本体元件的材质、强度，保证跳销使用寿命；②制定跳销定期更换周期，保证跳销在工作时处于正常寿命周期内；③跳销备件准备充足，至少备出两个更换周期的数量；④例行检修期间对夹紧装置进行紧固检查，保证夹紧装置固定完好；⑤对夹紧装置压块定期检查，必要时进行补焊修磨；⑥对夹紧装置定位线定期检查，必要时进行补焊修磨；⑦定期检查接近开关位置，延迟接近开关得到信号后，发送液压阀失电信号；⑧线下准备整套万向轴备件，方便及时更换。