120t 轉爐傾動減速機輸出軸軸承失效分析與對策

張先京

(湖南華菱湘鋼鋼鐵有限公司寬厚板廠 湖南湘潭411101)

1 前言

圖1 傾動減速機傳動圖

120t 轉爐傾動裝置采用全懸掛扭力桿平衡型式。它由以下幾部分組成:驅動電動機、一次減速機、二次減速機和扭力桿平衡裝置等。4 臺一次減速機的凸緣固定在二次減速機上，在其輸出軸上安裝的小齒輪與二次減速機機殼內懸掛大齒輪嚙合，如圖1 所示。轉爐傾動采用全正力矩方式，即轉爐傾動到任一角度時都保證是正力矩。其中一次減速機齒輪和軸承的潤滑采用油池飛濺潤滑，二次減速機齒輪和軸承采用強制給油潤滑。

工藝系統設備基本參數

轉爐標準容量:125t/爐 最大容量:135t/爐

最大傾動力矩:3720000N·m

機械齒輪速比:523

一級減速機電機在1. 4r/min 時的轉矩為172.1N·m

一級減速機電機在0. 14r/min 時的轉矩為1721N·m

額定轉矩:1700N·m

傾動速度:(0.14 ～1.4)r/min

傾動角度:0 ～360o

交流電動機規格:型號ZP355S－8 AC380V，數量4 臺，功率132kW，轉速735r/min

2 存在問題

從現場統計2014 年3 月至2015 年6 月:轉爐一次減速機輸出軸軸承，平均每3 個月軸承游隙就超標準。現場實際開蓋檢查發現軸承壓蓋的4 個螺栓全部斷裂，導致軸承外圈退出工作位置10mm，嚴重影響設備穩定運行。由表1 可知:軸承間隙為1.00mm 時，壓蓋4 個螺栓已經全部斷裂，系統運行沖擊力增大，設備運行不穩定。

表1 一次減速機輸出軸軸承間隙

3 原因分析與措施

3.1 受力原因分析

轉爐傾動一次減速機輸出軸如圖2 所示，在其上安裝的小齒輪與二次減速機機殼內懸掛大齒輪嚙合。軸承端蓋處4 個M16 的8.8 級螺栓固定。

圖2 一次減速機輸出軸

其中

一次減速機與二次減速機傳動速比

輸出二次齒輪最大傾動力矩M:3720000N·m折算至一次減速機輸出軸:

一次減速機輸出軸切向力

一次減速機輸出軸軸向力

當工作載荷不穩定，有沖擊力時，工作載荷系數取C 取(1.5 ～1.8)時，螺栓受壓力

式中 i2—次減速機輸出齒輪與二次減速機傳動速比;

d1—次減速機輸出齒輪分度圓直徑，m;

d2—螺栓危險截面的直徑，單位為，mm;

M—輸出二次齒輪最大傾動力矩，N·m;

Z2—二次減速機齒輪齒數;

Z1—一次減速機齒輪齒數;

M1—一次減速機輸出軸傾力矩，N·m;

i2—一次與二次減速機速比;

Ft—一次減速機輸出軸切向力，N;

Fa—一次減速機輸出軸軸向力，N;

C—工作載荷系數，取1.8;

?—螺栓所受應力，MPa;

d2—螺桿直徑，mm。

具體參數如表2 所示。

因此該螺栓設計強度在安全范圍之內，軸承端蓋螺栓受力在正常情況下滿足設計要求，但是

表2 傾動減速機參數

?

3.2 制定相關措施

3.2.1 操作方面減少減速機的沖擊力

從電腦畫面傾動報警檢測得知，其中2014 年8 月，2014 年12 月以及2015 年3 月，每次當報警次數達到峰值之后，軸承的端蓋螺栓就會斷裂，導致軸承間隙超標。

從表3、圖3 可知工藝操作是導致該故障原因之一，分析其丁班1 號爐在2015 年三月報警達到峰值，等于其他三個班操作報警總和?？梢钥闯鲈谙嗤瑮l件下，丁班操作存在很大問題。從現場跟蹤丁班操作情況來分析，傾動減速機在運行過程中未停穩就反向運行，導致沖擊力過大造成力矩報警。

表3 傾動報警統計

圖3 傾動報警趨勢圖

圖4 操作手柄轉速圖

由于傾動減速機操作手柄的操作方向與爐體運轉方向相同，速度給定取決于主令控制器的操作手柄推出的角度。操作手柄推出的最大行程為±36°，正反方向各分為6 個接點輸出，每個接點的間隔為6°，速度給定共分為5 段。操作手柄檔位與給定速度的關系見圖4。轉爐傾動范圍為±360°，傾動速度為0.14r/min ～1.4r/min，由于轉爐慣性大，而現場工藝實際操作加減速時間只有3s，即轉爐從靜止加速到最高速度的時間為3s，這樣造成爐體未停穩減速機就反向運行，沖擊力過大。

根據上述原因，制定相應措施:一是操作禁止打反車，對崗位人員進行培訓。具體措施:修改搖爐操作的規定，特別轉爐濺渣操作，濺完渣后，搖爐至爐前軌道平齊，停1s 后方可改變搖爐方向。

二是為了防止制動時對設備的沖擊，轉爐制動時應先通過電力柔性制動將電動機減速，當轉爐傾動速度接近零時，制動器失電制動。具體采用措施:通過修改程序，制動時間由3s 改為4s。這樣減少設備啟動時的沖擊力。如圖5 所示。

圖5 傾動轉速圖

3.2.2 切向鍵間隙調整

傾動二次減速機大齒輪切向鍵是連接二次減速機齒輪與輪轂，圖紙要求配合過盈量－0.26mm。切向鍵現階段處于磨損階段，測量數據如表4 所示，其中最大間隙達3.85mm，這樣就導致轉爐在搖爐冶煉時，造成一次減速機輸出軸沖擊力過大，造成軸承壓蓋螺栓過載斷裂。具體如圖6所示。

圖6 二次減速機大齒輪切向鍵

表4 切向鍵間隙表

利用停爐時間，將整體式切向鍵端蓋，改為剖分式，這樣便于檢修將端蓋拆除，為切向鍵緊固創造了條件。檢修時將轉爐爐口朝上，利用爐體自 身重力保持爐體平衡，打開抱閘，用游錘對其進行緊固后，最后在配合切向鍵上鍵焊接止檔。這樣不僅可以有效防止切向鍵退出，造成間隙過大，而且可以定期開蓋檢查并緊固。

3.2.3 減小大齒輪齒間隙二次大齒輪材質為37SiMn2MoV，齒圈調制處理，處理后磨齒，齒輪硬度HB310 ～340。與其配合的小齒輪材質20CrMnTi，齒面進行滲碳淬火處理，滲碳層硬度HRC56 ～62，屬于軟硬齒面嚙合?，F場檢查情況為大齒輪塑性變形，磨損量接近10%，如表5 所示。

表5 二次減速機大齒輪測量數據

原因是轉爐在冶煉時，傾動減速機長期受重載以及頻繁啟動的沖擊，在潤滑不良或油膜強度不足的情況下，技藝造成傾動系統中較軟的齒面上(大齒輪)局部產生塑性變形，進而對軸承運行產生沖擊。

為了減小大齒輪變形量，由于潤滑油粘度偏低，潤滑不良造成大齒輪輪齒局部塑性。根據原因制定相關措施:清理堵塞噴嘴以及更換潤滑油牌號;原使用N320 中負荷齒輪油，現改為N320重負荷齒輪油。

3.2.4 球絞支撐板間隙調整

由于球絞支撐板下部存在間隙，使爐體運行在圓周方向上存在擺動的情況，導致轉爐揺爐時異響，進而對傾動系統運行造成沖擊。

原有球絞支撐板采用直板連接，直板受爐體運行擠壓后，鋼板易變形，產生間隙。通過現場勘察，采用楔塊與爐體下部支撐板連接，通過solidworks 軟件裝配計算，保證70%接觸面積的基礎上，增加安裝尺寸的范圍。這樣通過計算，采用1∶12斜度的鋼板，改造后斜鐵的配合間隙緊密，保證搖爐爐體間隙在5mm 以內。改造后轉爐運行平穩，異響消失。如圖7 所示。

圖7 球絞支撐板安裝圖

4 結語

通過對寬厚板廠120t 轉爐傾動減速機輸出軸軸承失效原因的分析，提出相應對策實施后，有效的減少轉爐運行過程中長期存在的異響，提高傳動系統可靠性與使用壽命，去除了安全隱患，保證生產的穩定運行。

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