H型钢UF轧机齿轮箱替换的理论与实践

宋贵喜

长治市长钢工程建设有限公司 山西 长治 046000

引言

某公司中型H型钢厂设计年产量60万吨，产品规格：腹板高100-500mm,翼缘宽为100-260mm。由德国SMS Meer公司基本设计，轧机系统采用的是二辊可逆开坯机(BD)和CCS串列万能轧机机组。其中万能轧机机组包括UR(万能粗轧机)、E(轧边机)、UF(万能精轧机)。

某年UF齿轮箱齿轮轴断裂，没有备用齿轮箱，从外部借回2500KW齿轮箱一台。为保证生产线尽快恢复根据现有设备资源情况，经轧制力矩测算2500kW齿轮箱能够满足UF轧机力矩要求。需将借回的齿轮箱替换安装以满足生产需要。

1 两个齿轮箱尺寸比较

3500kW齿轮箱与2500kW齿轮箱的尺寸参数差别：单位：mm

项目齿轮箱 中心高输入轴身输出轴身安装尺寸(轴)安装尺寸(纵)3500齿轮箱65015101435190013402500齿轮箱8001365133520001080差值-150145100-100260

由上表1可知2500齿轮箱比3500齿轮箱轴向小245mm,中心高150mm,安装尺寸轴向长100mm,纵向短260mm，两齿轮箱联轴器轴头尺寸一致。

2 轴向安装尺寸问题的解决方案

2.1 齿轮箱安装中心线保持不变，改变联轴器装配带长度的方法保证连接尺寸。此方案输入端联轴器有145mm没有装满，输出端有100mm没有装满，验算无键连接强度是否符合：

2.1.1 校核电机端联轴器连接强度

2.1.1.1 电机端联轴器最小结合压强：

由图纸查T=1.149×109N.mm；手册查μ=0.11

Pfmin=2×1.149×1093.14×4572×355×0.11=89.76Mpa

2.1.1.2 包容件直径比：

qa=dfda=457800=0.571 qi=0(实心轴取0)

2.1.1.3 包容件的最小直径变化量：

eamin= PfmindfCaEa查手册得Ca=2.452 Ea=2×105eamin=89.76×457×2.4252×105=0.497mm

被包容件的最小直径变化量eimin= PfmindfCiEi=89.76×457×0.72×105=0.144mm

2.1.1.4 传递载荷所需的最小有效过盈量：

eemin=eamin+ eimin=0.497+0.144=0.641mm

2.1.1.5 包容件不产生塑性变形所允许的最大结合压强：

Pfmax=aδsa查手册a=0.38 c=0.5 联轴器材质以45钢考虑

δsa=400Mpa Pfmax=aδsa=0.38×400=152 Mpa

2.1.1.6 被包容件不产生塑性变形所允许的最大结合压强：

Pfmax=cδsi=0.5×400=200 Mpa

2.1.1.7 包容件不产生塑性变形所允许的最大直径变化量：

eamax= PfmaxdfCaEa=152×457×2.4252×105=0.842mm

2.1.1.8 被包容件不产生塑性变形所允许的最大直径变化量：

eimax= PfmaxdfCiEi=200×457×0.72×105=0.3199mm

2.1.1.9 被联接件不产生塑性变形所允许的最大有效过盈量：

eemax=eamax+ eimax=0.842+0.3199=1.162mm

2.1.1.10 选基本过盈量

δb≈(δmin+δmax)2=(0.641+1.162)2=0.901mm

要求较多联接度储备可取：

(δmin+δmax)2<δb

按照图纸给定的联轴器装配过盈量尺寸：0.897mm到1mm.

所以电机端联轴器过盈量达不到轴和联轴器的无键装配要求。

2.1.2 轧机端联轴器用同样方法计算出

0.767mm<δb<1.012mm

按照图纸给定的联轴器装配过盈量尺寸：0.897mm到1mm.

轧机端联轴器过盈量能达到轴和联轴器的无键装配要求。

由以上校核可知此方案不可行。

2.2 齿轮箱安装横向中心线在原中心线基础上向轧机侧移动100mm，输出端轴向位置合适，输入端相差245mm。在电机联轴器与齿箱联轴器间增加总长为245mm短轴，短轴两端的联接盘分别与尺寸与电机侧、齿箱侧联轴器相配；采用此方案。

3 标高问题解决

现齿轮箱中心高比原齿轮箱高150mm，原齿轮箱安装设计中在齿轮箱底部有一个厚度120mm的钢底座，本次把钢底座去掉再把基础表面的30mm混凝土去掉来保证中心高的安装尺寸。

4 地脚螺栓孔位置解决

土建结构设计是高架结构，连接地基和设备的地脚螺栓是活动式地脚螺栓。地脚螺栓孔位置改变后，将原来的螺栓孔灌死再按照现有尺寸打孔就能满足要求。

结束语

齿轮箱改造替换的方法有很多，文章通过理论验算证明了采用最简单的改变联轴器装配尺寸的方法不可行，采用增加中间联轴器的方法是可行的。文章同步介绍了解决其他安装尺寸的方法。文中所述有不恰当之处期望批评指正。