2250热轧厂SSP夹送辊十字万向轴的故障及处理

洪炎丰

摘  要：2250热轧厂板坯定宽侧压机（slabsizingpress，以下简称SSP）的工作特点是走停式，启动制动频繁，振动冲击载荷大。夹送辊是SSP进钢和抛钢的主要装置，分别安装在SSP的入口和出口。而十字万向轴是SSP夹送辊传动系统中的关键部件，主要用于传递扭矩，同时承受板坯咬入和侧压时产生较大的振动冲击载荷，使夹送辊夹紧并输送板坯通过SSP轧机侧压。本文针对2250热轧厂板坯定宽侧压机的夹送辊万向轴故障频繁问题，分析该十字万向轴的故障原因，并提出其处理方法。

关键词：SSP;夹送辊;万向轴，故障处理

1 前言

2250热轧厂自投产至今已有5年时间，根据检修履历统计，该十字万向轴因故障检修更换周期一直在缩短，由原来的1年周期到目前的3个月。在十字万向轴实际使用过程中出现了许多问题，如十字包压盖螺栓断裂、十字包磨损、法兰叉头断裂、螺栓松动等问题，出现故障的部位基本集中在万向轴辊端侧，情况严重时频繁造成停机。现以SSP夹送辊万向轴出现问题的机理作理论分析，并对其解决方法作简要阐述。

2 故障及原因分析

原设计夹送辊万向轴是SWP型剖分轴承座十字轴式万向轴，主要由法兰叉头、平键、十字包及中间伸缩轴组成，如图1所示。

经过观察发现万向轴的主动轴、从动轴和中间轴这三个轴线没有在同一个平面之内，其布置为空间系统ZZ型，其主动轴和从动轴为不等角速度传动运行。夹送辊十字万向轴在运行过程中的瞬时角速度每运转一周就会出现两个极小值和两个极大值，但是主动轴的运行速度都是相等的，从动轴在运行过程中其后的夹送辊存在着很大的惯性，最终也会趋于等速状态运行，那么万向联轴器中主动轴与从动轴运行过程中的角度位移差就需要通过转动系统在运行过程中的间隙和变形来进行补偿。

引进仿真分析结果可知：系统运行过程中的最大应力出现在十字轴径和中间位置的过渡圆弧的地方，并且两个对角位置的应力是对称的，且等效应力数值是一样的，都是351MPa。最大的应力数值是514.7MPa。在装配结构分析结果中，十字轴和滚子圈接触区域大约为150 °左右。这种情况可以表明：在系统正常运行状态下，十字轴与滚子圈的接触区域主要在150°区域左右。螺栓等效应力最大数值是506MPa，其位置在螺栓头根部的过渡圆弧处。

十字包压盖螺栓断裂故障，现象为SSP入口夹送辊万向轴辊端的十字包压盖4颗M20高强度螺栓全部断裂。该螺栓为进口10.9级高强度螺栓，拧紧力矩为700Nm。压盖采用端面齿啮合后加工叉头内孔。根据原理分析，十字轴与圆柱滚子圈之间的实际接触区域大约为150 °，这将使十字包与叉头孔产生局部交变弹性变形，形成缝隙容易进水腐蚀磨损，随着磨损加剧间隙增大，压盖螺栓也将承受更大的振动冲击载荷，超过螺栓抗拉强度后发生螺栓断裂。而螺栓的最大应力位置在螺栓头根部的过渡圆弧处，且螺栓在传递扭矩中，不仅承受了拉伸应力，还承受了一定的剪切应力，故螺栓最容易从螺栓头根部的过渡圆弧处断裂，再将其他螺栓从压盖端面齿部位剪切断裂。这与现场现象吻合。

十字包磨损故障，现象为SSP出口下夹送辊万向轴辊端的十字包轴承座标志线转动错位。根据使用经验不久将造成故障，故及时安排检修更换。根据原理分析，这跟十字包与叉头孔产生间隙道理一样，造成间隙后使十字包轴承座在叉头孔内转动错位。即使在安装外表面涂末密封胶也无法有效防水。

法兰叉头断裂故障，现象为SSP入口夹送辊万向轴辊端的叉头断裂，压盖螺栓未松动。该万向轴为修复件，主要修复内容就是更换十字包和进口螺栓，叉头孔去除疲劳层后对焊修复。从现场断裂形貌初步判断是叉头疲劳断裂，对修复厂家提供资料进行分析，缺少探伤报告。另外，对叉头进行断裂失效分析，检验结果为，来样断口处开裂始于内壁侧，断口形貌存在裂纹扩展台阶，高倍形貌呈现疲劳辉纹特征，裂纹扩展区断口形貌呈疲劳辉纹特征，终断区位于外壁侧，断口形貌存在裂纹扩展台阶，高倍形貌显示断口形貌已遭磨损。这也验证了初步判断，属于修复件存在裂纹源缺陷造成的故障。

螺栓松动故障，现象为SSP入出口夹送辊万向轴辊端法兰连接螺栓松动。根据原理分析，万向轴与夹送辊靠法兰螺栓拧紧摩擦力和端面键传递扭矩。因夹送辊修复未对键槽进行修复，造成端面键和键槽配合尺寸超差，容易造成螺栓松动故障。

3 改进措施及效果

根据故障原因分析，从两个方面制定相应的措施进行改进。一方面，从维护方面改进，对修复质量进行技术把关，对叉头孔去除疲劳层后本体进行探伤，并提高叉头孔堆焊材料的机械性能，控制壓盖端面齿加工精度;对润滑油脂牌号进行更换提高油品抗压耐磨耐腐蚀性能，减少十字轴和轴承滚子的磨损。从维护效果看，修复件使用寿命能保证三个月以上。另外一方面，从改善方面考虑，对夹送辊万向轴结构形式进行改进，将SWP型剖分轴承座十字万向轴改成国产SWC型整体叉头式十字万向轴，同时将十字包旋转运行的直径进行加大，以加大十字包的整体运行强度和效果。由于对十字包进行固定的时候不使用螺栓，所以这样就没有了由于螺栓不牢固而带来的安全隐患，同时也使得十字万向轴在运行过程中的维护和维修工作变得方便而简洁。由于夹送辊十字万向轴自身实际组成结构的原因，有一部分轴承孔较短，轴承只能进入到总长度的三分之一左右，因此万向节刚性较差，不适合承受交变载荷和冲击载荷;固定弹性挡圈是夹送辊十字万向轴的弱点，通过使用高强度合金弹簧钢，可以改变这项弱点的存在。实际使用效果超过三个月，但后续修复质量需重点关注。

4 结语

综上所述，从设计选型上应充分考虑现场工况，选择合适结构形式和强度的万向轴。加强对万向轴的性能特点的认识，提高现场维护质量，保证夹送辊万向轴稳定运行。

参考文献：

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[2]扶志刚，方威.夹送辊万向轴断裂故障与改进[J].冶金设备管理与维修，2013，31（006）：26-27.

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