高速線材吐絲機故障分析及改進

郭先任，陳 東，蔣弦弋

廣東韶關鋼鐵有限公司高速線材廠，廣東韶關 512123

1 概述

吐絲機是高速線材生產中將軋制的線材吐絲成卷以利收集的關鍵設備。本廠二線吐絲機由國內生產組裝，自2008年3月投產至今，發生了吐絲機軸承燒毀、振動大、甩尾和漏油等故障，嚴重制約著軋制速度提升，嚴重影響成品質量、產量，解決吐絲機故障及隱患問題刻不容緩。

2 設備功能及技術參數

1）設備功能：將高速的直線運動的成品線材轉變成預定直徑的連續線圈，并將這些線材均勻吐圈放置到斯太爾摩控制冷卻軌道上。

2）技術性能參數：

機型：臥式吐絲機；

傾角：15°；

線材直徑：5.5mm～20mm；

吐圈直徑：1050mm；

最大吐絲速度：100m/s；

增速比：1.5366；

電動機形式：交流變頻電機。

3 故障問題

3.1 軸承燒毀、振動大

1）2#吐絲機在2010年2月投入使用4個月后出現了空心軸軸承燒毀事故，如圖1，故障處理達24小時以上（換1#吐絲機上線使用）。故障現象：軸承保持架裂磨損并從中部裂開，軸承外圈軌道磨損嚴重，空心軸靠近該燒毀軸承處軸套出現發藍現象。

2）該吐絲機修復后，利用檢修時間再次投入使用吐絲機振動異常，空心軸吐絲頭側軸承振動值達6.5mm/s，傳動軸軸承位振動值達4.8mm/s，正常運行過程吐絲機振動值要求≤4.5 mm/s，兩軸承部位振動均超過要求范圍。

圖1 吐絲機空心軸軸承燒毀

3.2 骨架油封漏油

吐絲機使用8個月后，空心軸齒端軸承處密封環磨損，密封環與骨架油封接觸處出現漏油，漏油順著吐絲管流出。由于吐絲機和夾送輥排布緊密，故障處理需整臺下線更換密封環及損壞的骨架油封。處理過程發現骨架油封彈簧脫落，唇面破損。

3.3 圈形不穩定及甩尾

出現大小圈及甩尾都會造成拉亂變形、卡住輥道或卡收集芯棒，嚴重影響收集及圈形質量。

3.4 吐絲管穿管、直導管爆裂

吐絲管穿管、直導管軋制噸位平均為8 000t，吐絲管容易出現穿管造成堆鋼，直導管磨損嚴重和爆裂。

4 故障分析

4.1 軸承燒毀原因

1）吐絲機空心軸燒毀軸承軸承包局部示圖如圖2，修復過程中發現吐絲機空心軸故障軸承處噴油環油孔有密封膠堵住，造成了軸承供油量不足，潤滑不足；

2）燒毀軸承軸承座內孔尺寸為公差要求為Φ310（-0.03～+0.01）mm，測量數據為 Φ310（-0.18～-0.12）mm，內孔偏小，軸承與軸承座為過盈配合，從發藍現象不難發現吐絲機運轉過程產生大量熱量；

3）噴油環噴嘴對軸承內圈噴而不是對軸承滾動體噴，滾動體缺油，潤滑不良。

圖2

4.2 振動大原因

在線檢測各軸軸向竄動量、齒嚙合和齒輪副側隙均符合技術要求，判定原因可能是吐絲機動平衡異常。吐絲機修復過程更換了軸承，重新合蓋后原來的動平衡被打破了，出現動不平衡，引發軸承振動大的現象。

4.3 漏油原因

密封環與骨架油封接觸，吐絲機運轉時與骨架油封相對運動，密封環材質為Q235，熱處理硬度為HRC28～32，表面未硬化處理，時間一長就出現磨損，骨架油封與密封環接觸處漸漸就開始漏油；另由于密封環邊緣倒角較小，骨架油封安裝過程唇面處彈簧容易卡住掉出來，密封效果不好產生漏油。

1）圈形不穩原因

安裝吐絲管的管夾每個都不一樣，重量也就不一樣，沒有明顯的標識，容易裝亂，造成一換管后吐絲頭動平衡變化及吐絲管變形，圈形不穩定；使用時間較長以后，吐絲頭與空心軸結合部位逐漸發生微量移動，結合面磨損，吐絲頭與空心軸整體動平衡發生變化，出現圈形不穩定。

2）甩尾主要原因

夾送輥加緊力不夠，線材尾部出現降速；熱檢信號誤差，夾送動作提前或延遲，導致尾部不夾送，線材尾部出現降速；電磁換向閥卡阻不動作，無法實現尾部夾送。

4.4 吐絲管穿管和直導管爆裂原因

1）吐絲管和直導管主要采用氣冷方式，氣體流量主要靠安裝在進氣管路上的球閥手動調節，日常由操作工調節。操作工在更換夾送輥導衛過程會關掉吐絲機氣路球閥，操作完忘記開球閥或球閥打開量很少，冷卻氣量不足，吐絲管熱漲變形增加摩擦和溫度上升加劇了磨損；直導管材質為G-X70CrNi14，為高強度耐磨合金鋼，較脆，受高溫熱漲不均容易爆裂；

2）吐絲機、夾送輥與精軋速度不匹配，線材在精軋與吐絲機之間處于“堆”的狀態，加劇了吐絲管和直導管的磨損；夾送輥后半導衛磨損嚴重，未及時更換，線材運動軌跡變化，造成吐絲管和直導管磨損異常。

5 改進

1）改進噴油環和軸承座，消除吐絲機軸承燒毀故障隱患

（1）按技術要求加工該軸承座內孔，加工后尺寸公差范圍為Φ310（0～+0.02）mm；（2）噴油環重新鉆孔，孔正對滾動體，確保噴油效果；改大噴油環孔油，孔徑由Φ1.5mm改為Φ2.5mm，增大潤滑油流量，可有效防止小顆粒贓物堵塞噴油口；（3）加強裝配質量，涂密封膠要薄、均勻和連續，控制好與油道的距離，避免密封膠擠到油道，確保油路暢通。

2）使用現場動平衡技術以解決動不平衡引起振動大的問題

我廠采用了VIBROTEST 60 手持式動平衡儀，該動平衡儀以振動傳感器和速度傳感器采集信號輸入動平衡儀，通過儀器參數設置，儀器將自動找到不平衡點位置，并顯示配重或去重的質量、角度，經過數次的配重、試車偏心量逐步向回轉中心逼近，最終達到較為理想的振動速度值。

現場動平衡實驗過程用時3小時。1次試重，2次調整配重后吐絲機振動達到良好狀態，各檢測點振動值均在1.2mm/s～2.2mm/s之間（引進現場動平衡技術前，正常運行時各點振動值在3.0mm/s～4.0mm/s之間）。經過改進后2#吐絲機運行至今，未出現軸承燒毀故障和振動異常，軋制速度也由原來的80m/s提升到85m/s，提速后設備運行狀態良好。

現場動平衡技術是旋轉機械與其工作狀態相同或接近的轉速、安裝條件、支承條件和負載情況下，對其進行振動測量和平衡校正的一種平衡方法。該技術工作量小，能兼顧安裝狀況，避免了大量拆裝——節約了拆裝工時、運輸工時、保存了原有的安裝精度，也有效地提高整個吐絲機的平衡精度，是解決動不平衡故障的首選方法。

3）漏油問題改進

對密封環進行滲碳處理，滲碳層1.5mm～2.0mm，表面熱處理硬度為HRC50～55，增加密封環的耐磨性；并修磨密封環倒角，使骨架油封安裝順暢，彈簧不掉落出來。良好地解決了漏油問題。

（1）吐絲機圈形不穩問題改進

給每個管夾及吐絲頭各管夾座打上對應編碼，安裝吐絲管時嚴格按對應的編碼裝配，并使用統一的緊固件，利用日常維護檢查緊固吐絲盤上的螺栓，防止螺栓松動和管夾裝亂影響動平衡，確保吐絲管安裝后整個吐絲頭動平衡穩定。按設備運行狀態，設備運行狀態變化后現場給吐絲機做動平衡，有效保證吐絲機動平衡長期穩定，穩定圈形。

（2）吐絲機甩尾問題改進

利用好換輥換槽作業，使用樣棒檢查調整夾送輥加緊力，避免正常過鋼時出現夾緊力不夠或夾緊力過大；熱檢定期吹掃，并進行校正，消除信號誤差，確保夾送輥夾尾控制信號準確；定期檢查氣動元件，并補充潤滑油，確保氣動元件動作順暢。

4）吐絲管穿管和直導管爆裂問題改進

（1）將供氣管尺寸由1 1/2〞改為2〞，增加供氣流量；同時將球閥改為二位五通電磁換向閥+節流閥組合，接入電控實現與主機聯鎖“開機開氣，停機關氣”，不用人工操作，解決了冷卻氣流量不足問題及忘記開氣的問題；

（2）根據實踐，重新調整吐絲機、夾送輥超前率，改進前后吐絲機、夾送輥參數設置如表1；

表1 改進前后吐絲機、夾送輥參數設置

（3）夾送輥后半導衛磨損超過5mm即更換，確保了線材運動軌跡的穩定。

以上改進后，吐絲管和直導管使用壽命達40 000t/條，且未再出現吐絲管穿管和直導管爆裂現象。

6 結論

通過以上改進措施，有效解決了吐絲機的故障及隱患，提高了吐絲機的穩定性和可靠性，突破了影響軋制速度提升的瓶頸，穩定了線材圈形和生產節奏，提高了產品質量，取得了良好的經濟效益和社會效益。

[1]周振華，王建鐵.吐絲機異常機械振動成因及其防治方法[J].冶金設備，2003(4).

[2]烏蘭娜.高線吐絲機設計的初步探討[J].內蒙古科技與經濟，2007(4).