許華① 閆瑾 唐志惠 杜劍清
（北京中冶設備研究設計總院有限公司，北京100029）
摘 要：針對立輥軋機主傳動軸頻繁斷裂問題，經過扭矩測試與仿真，分析指出設備過載的原因，據此調整控制系統(tǒng)與工藝參數，解決了主傳動軸頻繁斷裂問題，效果顯著。
關鍵詞：立輥軋機；扭矩；測試；仿真；故障診斷
1 前言
某熱軋廠E1立輥軋機主傳動系統(tǒng)在生產過程中頻繁出現十字接軸叉頭開裂和斷裂事故，影響正常生產。為分析事故原因，了解傳動軸受力狀態(tài)，對E1與R1主傳動軸扭矩進行了測試，結合生產線記錄的電參數與工藝參數進行綜合分析與仿真，明確指出在目前工藝條件下接軸斷裂的原因。
2 測試方法
扭矩測點選在各萬向接軸處，采用應變式扭矩傳感器測量。扭矩測試系統(tǒng)如圖1所示。采用無線動態(tài)應變采集儀，實現長時間實時、無間斷記錄多通道信號，采集儀采用鋰電池模塊供電。采用外置無線同步模塊同步，無線同步模塊通過無線同步通訊控制器控制，無線AP與無線同步通訊控制器通過交換機與計算機通訊，實現多通道實時數據傳輸、實時同步。
3 測試結果分析與仿真
圖2是軋制過程中典型的扭矩波形，上圖是E1操作側立輥1、3道次扭矩，下圖是R1下輥1、2、3道次扭矩。
立輥扭矩特征如下:
第1道次咬入峰值不高，扭矩平穩(wěn)，但當平輥咬入后，立輥扭矩突加較大的扭矩沖擊，之后逐漸回落接近零點，再爬升至一個較低的扭矩平臺，直至拋鋼。
第3道次扭矩規(guī)律與第1道次類似，但在咬入瞬間發(fā)生了較大的反向扭矩沖擊，平輥咬入引起的立輥扭矩沖擊也較大。
以上現象表明:立輥傳動軸在定寬時扭矩是正常的，其過大負荷是由于平輥咬鋼所產生的扭矩沖擊，說明在平輥咬鋼瞬間，系統(tǒng)設定的速度差不足以補償平輥咬鋼時所產生的速降，使得在咬鋼瞬間及咬鋼后一段時間內，立輥將軋材推入平輥，使立輥承受了非正常負荷。帶來的結果是平輥幾乎無咬鋼沖擊。對比圖中平輥的3個道次扭矩，只有第2道次有咬鋼沖擊峰，證明了這一結論。
R1咬鋼后，立輥扭矩逐步回落而平輥扭矩逐漸加大，一降一升是同步的，說明在隨后軋制過程中，平輥逐漸克服了Z初的咬入速降，開始拉動軋材軋制。這個過程直至平輥扭矩達到Z大，而立輥扭矩接近零，其轉折點對應R1軋機加速結束時的轉折點。通過系統(tǒng)記錄的電信號對電流與轉速進行分析證明了以上結論。
參照測試工況的工藝數據，得出立輥傳動軸的實測Z大軋制力、Z大扭矩、Z大電流均發(fā)生在第1道次，其中Z大扭矩與Z大電流發(fā)生在R1咬入瞬間。因此接軸破壞的原因如下:
在R1咬鋼瞬間，系統(tǒng)設定的速度差不足以補償平輥咬鋼時所產生的速降，使得在咬鋼瞬間及咬鋼后一段時間內，立輥將軋材推入平輥，使立輥承受了非正常負荷。這是接軸破壞的主要原因。接軸破壞還與其它工藝條件有關:數據表明，產生大負荷時普遍鋼溫較低。第3道次較大側壓量的制動作用引起咬入時較大的反向扭矩，使軋機瞬間承受由反向到正向的扭矩沖擊。
以上3點都需要調整控制系統(tǒng)與工藝參數予以解決。根據實測數據進行的仿真表明［4］，Z大應力發(fā)生在截面過渡的應力集中區(qū)域，與實際破壞區(qū)域吻合，且處于三向拉應力狀態(tài)，取強度理論的等效應力作為判斷依據，結果表明，在測試工況下，法蘭叉頭與十字軸Z大拉應力均已超過許用應力，尚未達到斷裂的強度極限。
4 結論
通過測試分析與仿真，提出了解決方案:提高R1咬鋼時對E1的速度差;提高出鋼溫度，給出了Z小入口鋼溫;適當降低第3道次側壓量;給出了傳動軸扭矩與主傳動電機電流警戒值。該廠在收到分析報告后，調整了控制系統(tǒng)與部分工藝參數，Z終解決了E1主傳動軸頻繁斷裂問題。
參考文獻
［1］劉鴻文．材料力學(第6版)［M］．北京:高等教育出版社，2017．
［2］馬立峰．軋鋼機械設計(第2版)［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，2021．
［3］黎景全．軋制工藝參數測試技術(第3版)［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，2007．
［4］孟潔，張金利，閆瑾，等．基于Workbenh的SWC型聯軸器斷裂分析［J］．冶金設備，2015(S1):106－108．
（來源：冶金信息裝備網）
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