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摘 要：平/立转换轧机在不同工位使用时，因减速机供油系统问题而造成该机列轧机频繁故障。文章提出了一种有效解决该故障的方法并在生产线上成功应用，效果显著。
关键词：平/立转换轧机;减速机;供油系统
中图分类号：TU623.5 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）06-001-02
DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.06.001
我厂于2013年新建了一条年产30万t弹簧扁钢生产线，共18架轧机。全部是平、立交替布置，分为粗轧、中轧和精轧三个机组，每个机组由6架轧机组成。其中，精轧机组14#、16#和18#轧机为平/立可转换轧机（又称H/V轧机），即该轧机可以转换成立式轧机或水平轧机使用，以兼顾小规格钢筋切分和弹簧扁钢生产的要求。平/立转换机列主要设备由轧机、减速机、锥齿轮箱及其之间的联轴器、电机等组成，如图1所示，轧机、减速机和锥齿轮箱悬空安装在旋转机架上，可以90°旋转[1]。其中，锥齿轮箱是H/V轧机的关键设备，其自身工作的稳定可靠性直接影响到H/V轧机的稳定可靠性。锥齿轮箱安装位置低，现场存在大量轧辊冷却水、氧化鐵和粉尘，周围环境恶劣，尤其在平轧状态使用时更为严重，如图1所示。
自从弹簧扁钢轧线设备投产后，平/立转换轧机一直使用不稳定，3架均多次因润滑问题停产维修，设备维护费用居高不下，仅2014年就发生故障5次，维修费用近50万元，严重影响生产活动。
1 平/立转换轧机故障分析
2014年1月29日，16#机列故障，现场噪音大，主操作室监控界面反映该轧机电流波动大。检查发现16#机列伞齿轮箱长轴轴向窜动量大，远远超过安装标准，确定为该轴上单列圆锥滚子轴承烧坏。开箱检查，经分析，原因是锥箱润滑系统设计缺陷。该类轧机齿轮箱润滑系统问题主要有：润滑油变质、供油油量不足及供油系统缺陷。
1.1 润滑油变质
在轧机减速机中以润滑油作为柔性零件，一旦润滑油变质，必然会润滑不良，导致零件产生裂纹、磨损加剧，还有可能断裂，这样就会直接损坏减速机上的一些部件，导致事故发生。某台齿轮箱投入使用不到三个月就发生了一次烧坏轴承事故，更换后不久，再次发生故障，还造成部分齿轮被损坏。该减速机平均寿命应在5万小时以上，仅使用几千个小时就发生问题，必然存在问题。在现场仔细观察发现，润滑油的颜色为乳白色且乳化，经取样检测，结果显示润滑油发生变质，致使轴承一次次被损坏。
1.2 供油油量不足
油量不足也会出现故障，多数会导致轴承发热或烧毁，其分析如下：
精轧机14#、16#、18#架平台上使用的减速机，出现了轴承发热问题。这种减速机供油管路长，当轧机用作平轧使用时，减速机处于直立状态，各供油点高差大。输出轴的位置较高，非常容易因供油不足致使输出轴承发热;当机列用作立轧使用时，减速机处于水平状态，减速机中齿轮及轴承处于垂直状态，处于这种位置时减速机中上端轴承就会发热，见图1所示。对于这种情况就要根据实际进行分析，此类轧机要满足两种工位使用，一旦供油量不足，就会导致轴承内部的滚动体和滚道间难以形成润滑油膜，致使滚道和滚动体之间可能出现金属直接摩擦，增加热量。同时，若这些部位的润滑油量不足，就不能及时把轴承之间摩擦产生的热量带走，时间长了就会降低轴承使用寿命，导致轴承失效，进而发生故障。
1.3 锥齿轮箱润滑系统问题
该润滑系统：锥齿轮箱有两根轴，两根轴上各有两套单列圆锥滚子轴承，面对面装配。这种轴承中间有隔环。润滑油从隔环上开的孔供入，这种供油形式用于不转换的立式轧机伞齿轮上是合理的，油从两套轴承中间进，经滚动体后排出，如图2所示。
14#、16#、18#轧机为平/立可转换形式，当锥齿轮箱输入或输出轴垂直工作时，供油路径在上轴承的下侧，由于重力作用，上轴承润滑肯定不好，如图3所示，该润滑系统的设计明显不合理。
1.4 润滑油泄漏
2015年1月21日，16#锥箱漏油严重，漏油点在锥箱长轴端盖处。泄漏量达4桶/班（170L/桶），不得不停产处理。经分析：泄漏的直接原因在于，锥箱内油封磨损失效。该油封在锥箱内部，若要更换必须开箱，开箱一次维修费含易损件的更换、人工等约5万元。泄漏的根本原因在于，油封的寿命大约为2年，与锥箱内其他零件如轴承、齿轮不匹配，属设计问题。
2 平/立转换轧机减速箱润滑系统改进
对于润滑油变质问题，后来更换使用合格的润滑油后轴承就工作正常了。在后续的生产中，应加强巡视，及时检测，及时处理。
对于供油量不足问题，通过摸索，适当增大油压，并对供油系统进行优化，该问题得以解决。
由于原设备的润滑油路，不能同时适应轴在水平和垂直两种状态的工作，在减速机输入输出轴垂直工作时，上轴承润滑不良。笔者主要针对设备（轴承）在垂直工位工作时，对润滑油路重新设计和改进。改进后，上轴承润滑良好，设备使用稳定。
供油量Q的计算式为：Q=W*d*B
式中，Q为供油量，mm3/h;W为系数，0.01mm/h;d轴承内径，mm;B轴承宽度，mm。
实际供油量还要在此数值基础上扩大4～20倍[2]。为获得最佳润滑效果，还需通过实验来修正供油。供油方式设计对于高速旋转的轴承，为了可靠地将润滑油送至轴承内部，应十分重视供油方式（如喷嘴形式、安装位置等）的设计。轴承润滑方式完全取决于轴承类型和配置方式。对单列轴承而言，最佳润滑方式为从一边进入轴承内部。喷嘴孔应与内环齐平，不应指向保持架。尤其当轴承自身吸排油方向不易确定时，润滑油必须按上述方向进入轴承内部。若条件许可，润滑油最好经过一个特制喷管后再进入轴承内部。喷管长度取决于轴承大小，直径为0.5mm～1.0mm。
经商讨确定改造方案：从主油管上新走一根辅助油管，加工直径为?2的油嘴直接对上轴承供油，这样一方面提高了油量供给不足的问题，主要对不合理的润滑系统进行了有益的完善[3]，如图4所示，解决了上轴承缺失润滑油的问题。油路改进有益效果是轴承在不同工位上都能获得足够的油量润滑。
这样，就解决了输入轴在垂直工位时上轴承缺失润滑油的情况。
针对润滑油泄漏，油封不易更换问题，经分析决定进行改造。具体措施为：重新设计制作端盖，改前端盖内孔与轴的配合为迷宫式，该形式不能防止润滑油泄漏。改后，将端盖上加工油封安装位置，油封选用150*180*12。这样，不用开箱更换锥箱内部的油封，就解决了泄漏问题。经使用，效果良好，逐步推广至另外两架H/V轧机上。后来，又采购剖分式油封，这样可在不拆除轴端内齿圈的基础上，更方便地处理泄漏问题。
3 结语
减速机润滑系统改进后，3架平/立转换轧机使用稳定，杜绝润滑系统故障，每年节省零件更换和维护费用30多万元。国内轧钢企业大多都存在此类现象，有的企业采用大供油量，使锥齿轮箱内充满润滑油来解决轴承润滑问题，这样又存在“困油现象”，不合理;有的企业此种设备甚至只能固定在一个工位上工作，失去了设备原有功能，严重影响生产。此项润滑系统的完善方式，则很好地解决了平/立转化轧机减速机或锥齿轮箱的润滑系统问题。
参考文献
[1] 刘东.轧机减速机、伞齿轮箱密封装置改进与应用[J].液压气动与密封，2013，33（5）：34-36.
[2] 成大先.机械设计手册：润滑与密封[M].北京：化学工业出版社，2004.
[3] 赵元国.轧钢生产机械设备操作与自动化控制技术实用手册[M].香港：中国科技文化出版社，2005.
关键词：平/立转换轧机;减速机;供油系统
中图分类号：TU623.5 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）06-001-02
DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.06.001
我厂于2013年新建了一条年产30万t弹簧扁钢生产线，共18架轧机。全部是平、立交替布置，分为粗轧、中轧和精轧三个机组，每个机组由6架轧机组成。其中，精轧机组14#、16#和18#轧机为平/立可转换轧机（又称H/V轧机），即该轧机可以转换成立式轧机或水平轧机使用，以兼顾小规格钢筋切分和弹簧扁钢生产的要求。平/立转换机列主要设备由轧机、减速机、锥齿轮箱及其之间的联轴器、电机等组成，如图1所示，轧机、减速机和锥齿轮箱悬空安装在旋转机架上，可以90°旋转[1]。其中，锥齿轮箱是H/V轧机的关键设备，其自身工作的稳定可靠性直接影响到H/V轧机的稳定可靠性。锥齿轮箱安装位置低，现场存在大量轧辊冷却水、氧化鐵和粉尘，周围环境恶劣，尤其在平轧状态使用时更为严重，如图1所示。
自从弹簧扁钢轧线设备投产后，平/立转换轧机一直使用不稳定，3架均多次因润滑问题停产维修，设备维护费用居高不下，仅2014年就发生故障5次，维修费用近50万元，严重影响生产活动。
1 平/立转换轧机故障分析
2014年1月29日，16#机列故障，现场噪音大，主操作室监控界面反映该轧机电流波动大。检查发现16#机列伞齿轮箱长轴轴向窜动量大，远远超过安装标准，确定为该轴上单列圆锥滚子轴承烧坏。开箱检查，经分析，原因是锥箱润滑系统设计缺陷。该类轧机齿轮箱润滑系统问题主要有：润滑油变质、供油油量不足及供油系统缺陷。
1.1 润滑油变质
在轧机减速机中以润滑油作为柔性零件，一旦润滑油变质，必然会润滑不良，导致零件产生裂纹、磨损加剧，还有可能断裂，这样就会直接损坏减速机上的一些部件，导致事故发生。某台齿轮箱投入使用不到三个月就发生了一次烧坏轴承事故，更换后不久，再次发生故障，还造成部分齿轮被损坏。该减速机平均寿命应在5万小时以上，仅使用几千个小时就发生问题，必然存在问题。在现场仔细观察发现，润滑油的颜色为乳白色且乳化，经取样检测，结果显示润滑油发生变质，致使轴承一次次被损坏。
1.2 供油油量不足
油量不足也会出现故障，多数会导致轴承发热或烧毁，其分析如下：
精轧机14#、16#、18#架平台上使用的减速机，出现了轴承发热问题。这种减速机供油管路长，当轧机用作平轧使用时，减速机处于直立状态，各供油点高差大。输出轴的位置较高，非常容易因供油不足致使输出轴承发热;当机列用作立轧使用时，减速机处于水平状态，减速机中齿轮及轴承处于垂直状态，处于这种位置时减速机中上端轴承就会发热，见图1所示。对于这种情况就要根据实际进行分析，此类轧机要满足两种工位使用，一旦供油量不足，就会导致轴承内部的滚动体和滚道间难以形成润滑油膜，致使滚道和滚动体之间可能出现金属直接摩擦，增加热量。同时，若这些部位的润滑油量不足，就不能及时把轴承之间摩擦产生的热量带走，时间长了就会降低轴承使用寿命，导致轴承失效，进而发生故障。
1.3 锥齿轮箱润滑系统问题
该润滑系统：锥齿轮箱有两根轴，两根轴上各有两套单列圆锥滚子轴承，面对面装配。这种轴承中间有隔环。润滑油从隔环上开的孔供入，这种供油形式用于不转换的立式轧机伞齿轮上是合理的，油从两套轴承中间进，经滚动体后排出，如图2所示。
14#、16#、18#轧机为平/立可转换形式，当锥齿轮箱输入或输出轴垂直工作时，供油路径在上轴承的下侧，由于重力作用，上轴承润滑肯定不好，如图3所示，该润滑系统的设计明显不合理。
1.4 润滑油泄漏
2015年1月21日，16#锥箱漏油严重，漏油点在锥箱长轴端盖处。泄漏量达4桶/班（170L/桶），不得不停产处理。经分析：泄漏的直接原因在于，锥箱内油封磨损失效。该油封在锥箱内部，若要更换必须开箱，开箱一次维修费含易损件的更换、人工等约5万元。泄漏的根本原因在于，油封的寿命大约为2年，与锥箱内其他零件如轴承、齿轮不匹配，属设计问题。
2 平/立转换轧机减速箱润滑系统改进
对于润滑油变质问题，后来更换使用合格的润滑油后轴承就工作正常了。在后续的生产中，应加强巡视，及时检测，及时处理。
对于供油量不足问题，通过摸索，适当增大油压，并对供油系统进行优化，该问题得以解决。
由于原设备的润滑油路，不能同时适应轴在水平和垂直两种状态的工作，在减速机输入输出轴垂直工作时，上轴承润滑不良。笔者主要针对设备（轴承）在垂直工位工作时，对润滑油路重新设计和改进。改进后，上轴承润滑良好，设备使用稳定。
供油量Q的计算式为：Q=W*d*B
式中，Q为供油量，mm3/h;W为系数，0.01mm/h;d轴承内径，mm;B轴承宽度，mm。
实际供油量还要在此数值基础上扩大4～20倍[2]。为获得最佳润滑效果，还需通过实验来修正供油。供油方式设计对于高速旋转的轴承，为了可靠地将润滑油送至轴承内部，应十分重视供油方式（如喷嘴形式、安装位置等）的设计。轴承润滑方式完全取决于轴承类型和配置方式。对单列轴承而言，最佳润滑方式为从一边进入轴承内部。喷嘴孔应与内环齐平，不应指向保持架。尤其当轴承自身吸排油方向不易确定时，润滑油必须按上述方向进入轴承内部。若条件许可，润滑油最好经过一个特制喷管后再进入轴承内部。喷管长度取决于轴承大小，直径为0.5mm～1.0mm。
经商讨确定改造方案：从主油管上新走一根辅助油管，加工直径为?2的油嘴直接对上轴承供油，这样一方面提高了油量供给不足的问题，主要对不合理的润滑系统进行了有益的完善[3]，如图4所示，解决了上轴承缺失润滑油的问题。油路改进有益效果是轴承在不同工位上都能获得足够的油量润滑。
这样，就解决了输入轴在垂直工位时上轴承缺失润滑油的情况。
针对润滑油泄漏，油封不易更换问题，经分析决定进行改造。具体措施为：重新设计制作端盖，改前端盖内孔与轴的配合为迷宫式，该形式不能防止润滑油泄漏。改后，将端盖上加工油封安装位置，油封选用150*180*12。这样，不用开箱更换锥箱内部的油封，就解决了泄漏问题。经使用，效果良好，逐步推广至另外两架H/V轧机上。后来，又采购剖分式油封，这样可在不拆除轴端内齿圈的基础上，更方便地处理泄漏问题。
3 结语
减速机润滑系统改进后，3架平/立转换轧机使用稳定，杜绝润滑系统故障，每年节省零件更换和维护费用30多万元。国内轧钢企业大多都存在此类现象，有的企业采用大供油量，使锥齿轮箱内充满润滑油来解决轴承润滑问题，这样又存在“困油现象”，不合理;有的企业此种设备甚至只能固定在一个工位上工作，失去了设备原有功能，严重影响生产。此项润滑系统的完善方式，则很好地解决了平/立转化轧机减速机或锥齿轮箱的润滑系统问题。
参考文献
[1] 刘东.轧机减速机、伞齿轮箱密封装置改进与应用[J].液压气动与密封，2013，33（5）：34-36.
[2] 成大先.机械设计手册：润滑与密封[M].北京：化学工业出版社，2004.
[3] 赵元国.轧钢生产机械设备操作与自动化控制技术实用手册[M].香港：中国科技文化出版社，2005.