花鍵連接在出坯輥道中的推廣應用論述

李士文 陳剛

摘要：出坯輥道為煉鋼廠連鑄生產線中重要的設備。主要作用是鋼水經過結晶器成型、二冷室水冷卻、拉矯機矯正、火焰切割機切割后的鋼坯進行運輸。火焰切割機切斷鋼坯時需要一定時間。出坯輥道出于節能考慮，并非連續工作。而反復的停頓啟動對輥子和減速機連接處受力都有著不小的考驗。無論是南京鋼鐵、石橫特鋼等國內各大鋼廠，還是康卡斯特、奧鋼聯、西馬克、德國巴登等國外各大鋼鐵都存在此類問題。

關鍵詞：花鍵組合;出坯輥道裝配;推廣及應用

前 言

目前煉鋼廠165方坯連鑄機為8機8流連鑄機，共配置14根傳送輥道且分別各自連接一臺減速器及電動機，1流至4流段、5流至8流段分別配置7根傳送輥道，正常生產時，鋼坯傳送必須達到預定速度，當7根傳送輥道中的一根出現問題無法轉動時，其余6根無法帶動鋼坯達到預定速度。則需要全面停產搶修，既浪費人力物力又影響產量效益。所以線下輥道傳動輥子與減速器連接部位的質量問題極其重要，需要慎重對待。

一 出坯輥道目前現狀介紹

目前無論是山東萊鋼永鋒鋼鐵有限公司，還是其他國內大型鋼鐵公司及國外的各鋼鐵企業，期煉鋼設備的出坯輥道傳動輥子與減速器的連接方式通常采用平鍵連接。此類連接方式比較常見，應用較為廣泛，但存在的問題也較多：

（一）裝配問題：

傳動輥子與減速器的平鍵連接為保證連接牢固可受較大的力，通常采用過盈配合。此類裝配方式需要用特殊方式對軸孔進行處理。

（1）壓入法：可用錘子加墊塊敲擊壓入或用壓力機壓入。

（2）熱脹法 利用物體熱脹冷縮的原理，將孔加熱使孔徑增大，然后將軸裝入孔中。

（3）冷縮法 利用物體熱脹冷縮的原理，將軸進行冷卻，待軸縮小后在把軸裝入孔中。常用的冷卻方法是采用干冰和液氮進行冷卻。

以上無論哪種方式對大設備，重物件進行裝配，調試都較為困難，費時費力。且在日后檢修，維護及拆換時也是極其不方便。

（二）壽命問題：

設備采用平鍵連接，在反復停機啟動過程中，鍵與內軸外孔接觸面的觸處通常為一條線。所以平鍵的此處受較大的剪應力，通常為平鍵上的危險截面。反之，內軸外孔上與之相接觸位置也易發生破壞，為相應軸孔上的危險截面。當使用一定時間后，就容易遭到破壞，使用時間有限。

另外反復停頓啟動，平鍵與內軸外孔接觸面的連接處存在大量的力及相應的相對運動。即使是細微摩擦，在反復加持下也將在此處產生大量熱量。且由于傳動輥子的外伸軸較長，平鍵的設置位置又通常為軸孔軸向上的中端，煉鋼廠各生產部位的外部相對溫度又較高。此處產生的熱量不易散失，隨著停啟逐步攀升，當溫度達到一定時，對鍵與軸孔的使用壽命也是有一定的損傷，降低使用壽命。

（三）效果問題：

使用平鍵鏈接時，通常只設置一個平鍵。由于主要受力位置為鍵一側的線，工作時受力不均勻，長此以往，由于不均勻力的影響，傳動輥子極易發生彎曲變形，變為弧狀。對傳動輥子轉數控制產生偏差，若七根連接減速器及發動機的傳動輥子也發生不同程度的彎曲變形，且存在相位角，對鋼坯的傳動速度也有一定影響，無法達到預期效果，很影響工作效果。而且當傳動輥子存在一定弧度時，對鋼坯運動也將產生不穩定的震動。此震動也將反過來作用于傳動輥子上的鋼坯輥道，后延至減速器，電動機及整個設備系統都將受此反震動影響。此類震動屬有害震動，對整個設備都有一定損耗，且易加大噪聲的產生，影響設備維修者通過聲音來判斷設備是否運行良好，嘈雜喧鬧的噪聲對生產勞動者也存在更大危害。

二、 改進方案

將出坯輥道上傳動輥子與減速器連接處的平鍵連接方式改換為花鍵軸再扣卡環連接。雖說只是簡單的改變了連接方式，從平鍵連接變為了花鍵連接，但是在實際上有著質的改變。無論是從人機物法各方面來看，都有著不小的改善。

（一）裝配改進：

由平鍵連接方式變為花鍵連接方式，可以改變原有的過盈配合。采用間隙配合或者過度配合，由外扣卡環起的孔端的固定。這樣一來，在裝配前無需對軸孔進行預處理或采用特殊方式，且在調試，維修及后續拆換時也不會想平鍵那么困難。這樣就極大的減少了檢修維護人員的工作量，是一種對人力的大大節約。另外也減少了相應機械設備的使用，降低設備磨損消耗及過程中的能源使用。而且也將簡化安裝調試維護及拆換的方法，更加深化精益運行。

（二）壽命改進：

平鍵連接方式中平鍵與軸孔接觸面處的連接通常為一條線，而改進的花鍵連接方式則是將這一條線，平均分配到花鍵軸上的各個鍵齒上的線。這樣即使在反復啟動停頓的生產節奏中，也不易產生應力集中的問題。由平鍵連接方式中的單一大剪應力面變為花鍵連接方式中的多位小應力面，花鍵與軸孔的最大危險截面也將不復存在。大大減少了因單截面受破壞而影響傳動輥子使用的狀況。在花鍵中多齒面同時使用的情況下，即使一兩個花鍵齒面受到擠壓破壞，其余齒面認可分擔此份應力繼續工作。足以更好的確保傳動輥子的使用壽命。

另外由于力的分散，將不會發生一條線集中過熱的狀況，且花鍵并非像平鍵那樣包含于軸孔內部，而是前后兩側與外界相通，熱散好于平鍵連接。這樣更加大大的避免了因為熱量的不斷堆積而產生影響設備壽命的問題。

綜上花鍵連接方式的改良，在機械壽命上也是一種對“機”的節省，更好的控制后續物料費用。

（三）效果改進：

由于花鍵連接方式上力的分散，不集中，也將不會出現一側力過大所導致的傳動輥子彎曲變形。進而生產效果得到提升，鋼坯的傳動速率更容易得到控制，運轉平穩。相應的有害震動與噪聲也可減輕，對整體設備系統及檢修勞動者都是一種保護。對人員，機械，產物都有著不小的好處。

三 花鍵尺寸計算

結束語

花鍵連接具有較高的承載能力，定心精度高，導向性能好，可實現靜連接或動連接。出坯輥道對花鍵連接的推廣與應用為煉鋼廠連鑄機生產穩定打下良好的設備基礎。

參考文獻：

[1] 機械設計手冊編委會.機械設計手冊（新版第三卷）[M]北京：機械工業出版社，2004

[2] 王文斌.機械設計手冊（第三冊）[M].北京：機械工業出版社，2004