2250熱軋廠SSP夾送輥十字萬向軸的故障及處理

洪炎豐

摘? 要：2250熱軋廠板坯定寬側壓機（slabsizingpress，以下簡稱SSP）的工作特點是走停式，啟動制動頻繁，振動沖擊載荷大。夾送輥是SSP進鋼和拋鋼的主要裝置，分別安裝在SSP的入口和出口。而十字萬向軸是SSP夾送輥傳動系統中的關鍵部件，主要用于傳遞扭矩，同時承受板坯咬入和側壓時產生較大的振動沖擊載荷，使夾送輥夾緊并輸送板坯通過SSP軋機側壓。本文針對2250熱軋廠板坯定寬側壓機的夾送輥萬向軸故障頻繁問題，分析該十字萬向軸的故障原因，并提出其處理方法。

關鍵詞：SSP;夾送輥;萬向軸，故障處理

1 前言

2250熱軋廠自投產至今已有5年時間，根據檢修履歷統計，該十字萬向軸因故障檢修更換周期一直在縮短，由原來的1年周期到目前的3個月。在十字萬向軸實際使用過程中出現了許多問題，如十字包壓蓋螺栓斷裂、十字包磨損、法蘭叉頭斷裂、螺栓松動等問題，出現故障的部位基本集中在萬向軸輥端側，情況嚴重時頻繁造成停機。現以SSP夾送輥萬向軸出現問題的機理作理論分析，并對其解決方法作簡要闡述。

2 故障及原因分析

原設計夾送輥萬向軸是SWP型剖分軸承座十字軸式萬向軸，主要由法蘭叉頭、平鍵、十字包及中間伸縮軸組成，如圖1所示。

經過觀察發現萬向軸的主動軸、從動軸和中間軸這三個軸線沒有在同一個平面之內，其布置為空間系統ZZ型，其主動軸和從動軸為不等角速度傳動運行。夾送輥十字萬向軸在運行過程中的瞬時角速度每運轉一周就會出現兩個極小值和兩個極大值，但是主動軸的運行速度都是相等的，從動軸在運行過程中其后的夾送輥存在著很大的慣性，最終也會趨于等速狀態運行，那么萬向聯軸器中主動軸與從動軸運行過程中的角度位移差就需要通過轉動系統在運行過程中的間隙和變形來進行補償。

引進仿真分析結果可知：系統運行過程中的最大應力出現在十字軸徑和中間位置的過渡圓弧的地方，并且兩個對角位置的應力是對稱的，且等效應力數值是一樣的，都是351MPa。最大的應力數值是514.7MPa。在裝配結構分析結果中，十字軸和滾子圈接觸區域大約為150 °左右。這種情況可以表明：在系統正常運行狀態下，十字軸與滾子圈的接觸區域主要在150°區域左右。螺栓等效應力最大數值是506MPa，其位置在螺栓頭根部的過渡圓弧處。

十字包壓蓋螺栓斷裂故障，現象為SSP入口夾送輥萬向軸輥端的十字包壓蓋4顆M20高強度螺栓全部斷裂。該螺栓為進口10.9級高強度螺栓，擰緊力矩為700Nm。壓蓋采用端面齒嚙合后加工叉頭內孔。根據原理分析，十字軸與圓柱滾子圈之間的實際接觸區域大約為150 °，這將使十字包與叉頭孔產生局部交變彈性變形，形成縫隙容易進水腐蝕磨損，隨著磨損加劇間隙增大，壓蓋螺栓也將承受更大的振動沖擊載荷，超過螺栓抗拉強度后發生螺栓斷裂。而螺栓的最大應力位置在螺栓頭根部的過渡圓弧處，且螺栓在傳遞扭矩中，不僅承受了拉伸應力，還承受了一定的剪切應力，故螺栓最容易從螺栓頭根部的過渡圓弧處斷裂，再將其他螺栓從壓蓋端面齒部位剪切斷裂。這與現場現象吻合。

十字包磨損故障，現象為SSP出口下夾送輥萬向軸輥端的十字包軸承座標志線轉動錯位。根據使用經驗不久將造成故障，故及時安排檢修更換。根據原理分析，這跟十字包與叉頭孔產生間隙道理一樣，造成間隙后使十字包軸承座在叉頭孔內轉動錯位。即使在安裝外表面涂末密封膠也無法有效防水。

法蘭叉頭斷裂故障，現象為SSP入口夾送輥萬向軸輥端的叉頭斷裂，壓蓋螺栓未松動。該萬向軸為修復件，主要修復內容就是更換十字包和進口螺栓，叉頭孔去除疲勞層后對焊修復。從現場斷裂形貌初步判斷是叉頭疲勞斷裂，對修復廠家提供資料進行分析，缺少探傷報告。另外，對叉頭進行斷裂失效分析，檢驗結果為，來樣斷口處開裂始于內壁側，斷口形貌存在裂紋擴展臺階，高倍形貌呈現疲勞輝紋特征，裂紋擴展區斷口形貌呈疲勞輝紋特征，終斷區位于外壁側，斷口形貌存在裂紋擴展臺階，高倍形貌顯示斷口形貌已遭磨損。這也驗證了初步判斷，屬于修復件存在裂紋源缺陷造成的故障。

螺栓松動故障，現象為SSP入出口夾送輥萬向軸輥端法蘭連接螺栓松動。根據原理分析，萬向軸與夾送輥靠法蘭螺栓擰緊摩擦力和端面鍵傳遞扭矩。因夾送輥修復未對鍵槽進行修復，造成端面鍵和鍵槽配合尺寸超差，容易造成螺栓松動故障。

3 改進措施及效果

根據故障原因分析，從兩個方面制定相應的措施進行改進。一方面，從維護方面改進，對修復質量進行技術把關，對叉頭孔去除疲勞層后本體進行探傷，并提高叉頭孔堆焊材料的機械性能，控制壓蓋端面齒加工精度;對潤滑油脂牌號進行更換提高油品抗壓耐磨耐腐蝕性能，減少十字軸和軸承滾子的磨損。從維護效果看，修復件使用壽命能保證三個月以上。另外一方面，從改善方面考慮，對夾送輥萬向軸結構形式進行改進，將SWP型剖分軸承座十字萬向軸改成國產SWC型整體叉頭式十字萬向軸，同時將十字包旋轉運行的直徑進行加大，以加大十字包的整體運行強度和效果。由于對十字包進行固定的時候不使用螺栓，所以這樣就沒有了由于螺栓不牢固而帶來的安全隱患，同時也使得十字萬向軸在運行過程中的維護和維修工作變得方便而簡潔。由于夾送輥十字萬向軸自身實際組成結構的原因，有一部分軸承孔較短，軸承只能進入到總長度的三分之一左右，因此萬向節剛性較差，不適合承受交變載荷和沖擊載荷;固定彈性擋圈是夾送輥十字萬向軸的弱點，通過使用高強度合金彈簧鋼，可以改變這項弱點的存在。實際使用效果超過三個月，但后續修復質量需重點關注。

4 結語

綜上所述，從設計選型上應充分考慮現場工況，選擇合適結構形式和強度的萬向軸。加強對萬向軸的性能特點的認識，提高現場維護質量，保證夾送輥萬向軸穩定運行。

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