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摘  要：針對高速線材生產(chǎn)線上活套調(diào)整帶來的軋機(jī)齒輪箱軸承壽命驟減問題，分別對不同控制環(huán)節(jié)中的不穩(wěn)定因素及原因進(jìn)行了分析，并給出了具體控制措施。經(jīng)實(shí)施后，軋機(jī)齒輪箱軸承壽命得到有效延長。 關(guān)鍵詞：活套控制；齒輪箱軸承；預(yù)防措施0 引言

高速線材生產(chǎn)線生產(chǎn)的活套機(jī)構(gòu)是用于檢測和調(diào)整相鄰機(jī)架間速度關(guān)系的裝置，參與軋制過程中的張力控制，調(diào)節(jié)金屬秒流量平衡，其目的是確保連續(xù)層壓過程中鋼料間的張力穩(wěn)定，消除機(jī)架間的張力波動，實(shí)現(xiàn)微張力軋制。軋機(jī)齒輪箱由變頻電機(jī)通過聯(lián) 軸器帶動，經(jīng)過多級傳導(dǎo)，通過萬向軸、聯(lián)軸器，最終將適用于軋制過程的終端速度反映到軋輥轉(zhuǎn)速上。齒輪箱內(nèi)大多使用調(diào)心滾子系列軸承，在使用過程中出現(xiàn)保持架斷裂、滾動體損壞等多種故障，檢修更換周期較長，技術(shù)要求較高，對企業(yè)生產(chǎn)組織產(chǎn)生較大影響。本文針對活套控制過程產(chǎn)生的可能導(dǎo)致齒輪箱軸承（以SKF24136CCC3/W33為例）損壞的各類因素及相應(yīng)的控制措施進(jìn)行了探討，并經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐，取得了較好效果。 

1 活套控制產(chǎn)生的影響分析 1.1 活套控制響應(yīng)

在線材的軋制過程中相鄰兩架軋機(jī)間會出現(xiàn)大于兩架軋機(jī)間距的軋件，通過對“多余”軋件的測量，實(shí)現(xiàn)對軋機(jī)速度控制即活套自動控制。為形成最好的活套形式，在實(shí)際生產(chǎn)時由起套輥對軋件進(jìn)行引導(dǎo)，再通過設(shè)置在軋制中心線以外的活套熱金屬光電掃描器對活套高度實(shí)時測量，測量出軋件的活套高度值，控制器通過數(shù)學(xué)運(yùn)算計算出活套量。軋機(jī)控制系統(tǒng)利用活套量進(jìn)行程序運(yùn)算，同時把活套調(diào)節(jié)器運(yùn)算出的速度信號同設(shè)定的軋機(jī)速度信號進(jìn)行對比，反饋至軋機(jī)速度調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器將模擬量信號轉(zhuǎn)換為 數(shù)字量信號，再送給軋機(jī)調(diào)速裝置，使與軋件相關(guān)的軋機(jī)速度能夠自動地進(jìn)行調(diào)整，以維持活套高度恒定即套量恒定[1] 。二高線軋制過程為升速咬入，軋件咬入下一機(jī)架后，機(jī)架前活套動作，調(diào)整機(jī)架間張力，12架前為1號立套，13架前為2號立套，14架前為3號立套，預(yù)精軋15/16架前為1號平套，預(yù)精軋17/18前為2號平套，精軋機(jī)組（19-26架次）前為3號平套。

本文以3號平套信號（LOOPER6）反饋為例，軋件在咬 入或脫離時，3號平套氣缸電磁閥信號反饋，起套臂動作，套量檢測到信號數(shù)值有變化，產(chǎn)生級聯(lián)控制動作，同步對前1~18架軋機(jī)速度進(jìn)行同步適應(yīng)調(diào)節(jié)。 

1.2 齒輪箱傳動響應(yīng)

本文以3架軋機(jī)為例，在軋件軋至85%處受到級聯(lián)反饋調(diào)節(jié)，總調(diào)節(jié)時長1.2s，齒輪箱電機(jī)輸入電流變化幅度-0.08%~75.38%（見圖1），該齒輪箱為四級傳動減速機(jī)，驅(qū)動電機(jī)為690V，780kW變頻電機(jī)，其中第三級傳動中心距a=850mm，模數(shù)Mn=16，速比 i=Z2/Z1=84/20=4.2（Ⅱ軸齒數(shù)Z1=20，Ⅳ軸齒數(shù)Z2=84）， 螺旋角β=9°，接觸安全系數(shù)1.88，彎曲安全系數(shù)4.8，為整機(jī)傳動的薄弱環(huán)節(jié)，每軋制一根鋼，產(chǎn)生一 次大幅度的級聯(lián)調(diào)節(jié)，平均波動50次/h，年波動達(dá) 43萬余次。

2 齒輪箱軸承故障現(xiàn)象及預(yù)防措施 2.1 軸承故障根本原因

齒輪箱受到頻繁的級聯(lián)調(diào)節(jié)動作，導(dǎo)致齒輪軸的擺動角度頻繁變化，軸承承受負(fù)荷頻繁變化，最終導(dǎo)致軸承產(chǎn)生微動磨損，大大縮短了軸承的在線使用壽命。相關(guān)研究表明：軸的擺角對微動磨損有極大的影響，擺角在1°以內(nèi)，磨損速度較小，但超過該值后磨損急劇增加，這一傾向在大負(fù)荷下尤為顯著；內(nèi)圈/ 滾動體間產(chǎn)生的磨損要比外圈/滾動體間產(chǎn)生的磨損激烈得多，且損傷的形態(tài)也不同；雖然切向力滑動和差動滑動都與損傷有關(guān)，但在軸的擺角非常小時，切向力滑動為微動磨損的主因；隨著擺角增大，差動 滑動成為主因（見圖2）。

2.2 軸承故障表現(xiàn)形式

線材軋機(jī)齒輪箱軸承損壞形式有多種，本文僅對活套控制下可能導(dǎo)致的軸承損壞形式進(jìn)行列舉分析。 

2.2.1 大幅度、高頻次負(fù)載波動

活套參與控制后，產(chǎn)生的信號反饋迅速，尤其是軋件頭部通過后起套瞬間產(chǎn)生的信號波動數(shù)值均被傳送到軋機(jī)主傳控制柜，3架軋機(jī)主傳電機(jī)所在的控制柜對計算后的加速力進(jìn)行一定時間段的濾波活動，針對伺服驅(qū)動器，加速轉(zhuǎn)矩濾波時間常數(shù)p1 402.4為1 時，設(shè)置p1 517為0ms時可達(dá)到最快的速度響應(yīng)，過短的時間段雖能使得整體反饋控制動作快速響應(yīng)，但會產(chǎn)生不必要的繁冗調(diào)節(jié)，導(dǎo)致軋機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)頻繁，甚至導(dǎo)致齒輪箱電機(jī)輸入電流變化幅度過大，繼而對后部各傳動機(jī)構(gòu)造成不可逆的損傷。 

2.2.2 軸承偏心套跑圈

粗軋3架軋機(jī)齒輪箱第3級傳動結(jié)構(gòu)中，Ⅲ軸為輸入軸，Ⅳ軸為輸出軸，在活套控制影響下，齒輪箱各齒輪軸會克服自身慣性頻繁進(jìn)行啟停、加減速動作，在該齒輪箱結(jié)構(gòu)中，Ⅳ軸整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量最大（5617kg），慣性最大，最易導(dǎo)致固定端軸承外圈配合的偏心套與齒輪箱體跑圈，繼而使得與之配對的齒嚙合間隙增大，對間隔套、軸承內(nèi)圈、軸承保持架均有損壞。 

2.2.3 保持架損傷

一對配合的齒軸工作間隙發(fā)生變化后，傳動平穩(wěn)性降低，其各自受到的軸向作用力會出現(xiàn)較大變化，加之輸入扭矩的頻繁波動，使得軸承受到的軸向力頻繁變化，滾動體受到的軸向力作用到保持架上，會使得保持架磨損劣化，滾動體搖擺，最終導(dǎo)致保持架變形失效。前期3架齒輪箱、7架齒輪箱常規(guī)檢查中發(fā)現(xiàn)滾動體端面有擦刮傷，即為此原因?qū)е隆?/span>

2.2.4 微動磨損

調(diào)心滾子軸承受到波動的軸向載荷力作用， 其中軸向載荷與徑向載荷的比率超過e值（SKF 24136CCC3/W33對應(yīng)的e常數(shù)值為0.37）時，未承擔(dān)軸向載荷一列的滾動體與滾道之間產(chǎn)生打滑，造成滾道面、滾動體面擦傷，繼而產(chǎn)生微動磨損，潤滑效果差，顆粒物的混入，或在較大載荷的情況下導(dǎo)致油膜破裂不連續(xù)，也可導(dǎo)致擦傷。

2.3軸承故障預(yù)防措施2.3.1 減緩軋機(jī)主傳電機(jī)大幅度、高頻次負(fù)載波動

加速力濾波時間常數(shù)（p1 517為[0，…，n]）可對控制柜計算加速力后的濾波活動時間段進(jìn)行線性控制， 該批次控制柜出廠設(shè)置參數(shù)為4.00ms。當(dāng)該值增大為8.00ms時，級聯(lián)反饋調(diào)節(jié)總時長減少至0.5s，縮短了58.33%，齒輪箱電機(jī)輸入電流變化幅度縮小至-0.02%~11.48%，降低了84.77%，調(diào)節(jié)過程趨于平穩(wěn)。當(dāng)該值繼續(xù)增大時，軋機(jī)傳動速度反應(yīng)遲鈍，存在拱鋼或軋件拉斷風(fēng)險。故而設(shè)置p1 517=8.00ms為最佳狀態(tài)。 

2.3.2杜絕軸承偏心套跑圈

粗軋3架軋機(jī)齒輪箱各偏心套均有設(shè)置止動銷， 往期的齒輪箱維護(hù)調(diào)整中偏心套與齒輪箱體上設(shè)置的銷孔位置有所變化，在后期間隙調(diào)整過程中，應(yīng)充分考慮止動銷軸向竄動后位置改變，可能會導(dǎo)致止動銷止動功能失效，應(yīng)保證軸向位移長度小于止動有效 長度的50%，確保偏心套與齒輪箱體無跑圈，齒輪副嚙合間隙無變化。在后續(xù)的齒輪箱常規(guī)檢查中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注偏心套與齒輪箱體的相對位置，及止動銷的有效性。尤其注意整個齒輪箱慣性最大齒軸的狀態(tài)變化，做好預(yù)知維修工作。 

2.3.3 優(yōu)化軸承檢查方法，提高檢查準(zhǔn)確率

根據(jù)粗中軋齒輪箱工況環(huán)境，選擇沖壓鋼保持架軸承用于沖擊負(fù)荷較高的位置，常規(guī)檢查僅將齒輪箱窺視孔蓋打開檢查部分軸承、潤滑油路等，但個別軸承不能被有效檢查判斷，應(yīng)在日常檢查中利用4h以 上的停機(jī)檢修時間，拆卸位于齒輪箱體上軸承端蓋， 可直截了當(dāng)?shù)赜^察到軸承的狀態(tài)，在檢查過程中尤其注意滾動體端面情況，軸承保持架的磨損情況，及時更換保持架磨損異常的軸承，對于滾動體端面出現(xiàn)擦刮傷的情況，要測量與該軸承所在的齒輪軸配對的齒軸嚙合間隙，并調(diào)整到技術(shù)參數(shù)要求范圍內(nèi)，確保傳動平穩(wěn)性，必要時更換滾動體端面出現(xiàn)擦刮傷的軸承。

2.3.4 創(chuàng)造良好的軸承工況環(huán)境

以調(diào)心滾子軸承SKF 24136CCC3/W33為例，基本額定動載荷為1190 k N，對應(yīng)的e常數(shù)值為0.37。在工作過程中，當(dāng)量動載荷不得大于基本額定動載 荷，且軸向載荷與徑向載荷的比率不得超過0.37。此外，應(yīng)對潤滑油進(jìn)行有效控制，粗中軋齒輪箱使用長城4407（320）潤滑油，齒輪箱潤滑油入口壓力保證在0.2~0.4 MPa，流量不得小于90 L/min。潤滑系統(tǒng)過濾器壓差不得大于50k Pa，過濾精度不得大于50μm，每周檢查磁過濾器上附著的金屬雜質(zhì)并及時清理。每月化驗(yàn)一次油品PQ值等參數(shù)，保證潤滑介質(zhì)清潔。

3 結(jié)語

經(jīng)過長期實(shí)踐檢驗(yàn)及總結(jié)，對以上由活套控制產(chǎn)生影響齒輪箱軸承壽命的各類因素通過措施落實(shí)，有效保障了齒輪箱軸承壽命的可靠性，降低了高速線材軋機(jī)齒輪箱故障率，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性，杜絕高速線材粗中軋齒輪箱軸承燒損的較大設(shè)備故障。對于企業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定順行具有良好的經(jīng)濟(jì)價值。

【參考文獻(xiàn)】

[1]趙恒.高速線材軋機(jī)活套閉環(huán)控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2023，13（12）：106-109.

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