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摘  要：針對高速線材生產線上活套調整帶來的軋機齒輪箱軸承壽命驟減問題，分別對不同控制環節中的不穩定因素及原因進行了分析，并給出了具體控制措施。經實施后，軋機齒輪箱軸承壽命得到有效延長。 關鍵詞：活套控制；齒輪箱軸承；預防措施0 引言

高速線材生產線生產的活套機構是用于檢測和調整相鄰機架間速度關系的裝置，參與軋制過程中的張力控制，調節金屬秒流量平衡，其目的是確保連續層壓過程中鋼料間的張力穩定，消除機架間的張力波動，實現微張力軋制。軋機齒輪箱由變頻電機通過聯 軸器帶動，經過多級傳導，通過萬向軸、聯軸器，最終將適用于軋制過程的終端速度反映到軋輥轉速上。齒輪箱內大多使用調心滾子系列軸承，在使用過程中出現保持架斷裂、滾動體損壞等多種故障，檢修更換周期較長，技術要求較高，對企業生產組織產生較大影響。本文針對活套控制過程產生的可能導致齒輪箱軸承（以SKF24136CCC3/W33為例）損壞的各類因素及相應的控制措施進行了探討，并經過現場實踐，取得了較好效果。 

1 活套控制產生的影響分析 1.1 活套控制響應

在線材的軋制過程中相鄰兩架軋機間會出現大于兩架軋機間距的軋件，通過對“多余”軋件的測量，實現對軋機速度控制即活套自動控制。為形成最好的活套形式，在實際生產時由起套輥對軋件進行引導，再通過設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時測量，測量出軋件的活套高度值，控制器通過數學運算計算出活套量。軋機控制系統利用活套量進行程序運算，同時把活套調節器運算出的速度信號同設定的軋機速度信號進行對比，反饋至軋機速度調節器，速度調節器將模擬量信號轉換為 數字量信號，再送給軋機調速裝置，使與軋件相關的軋機速度能夠自動地進行調整，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，軋件咬入下一機架后，機架前活套動作，調整機架間張力，12架前為1號立套，13架前為2號立套，14架前為3號立套，預精軋15/16架前為1號平套，預精軋17/18前為2號平套，精軋機組（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，套量檢測到信號數值有變化，產生級聯控制動作，同步對前1~18架軋機速度進行同步適應調節。 

1.2 齒輪箱傳動響應

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

2 齒輪箱軸承故障現象及預防措施 2.1 軸承故障根本原因

齒輪箱受到頻繁的級聯調節動作，導致齒輪軸的擺動角度頻繁變化，軸承承受負荷頻繁變化，最終導致軸承產生微動磨損，大大縮短了軸承的在線使用壽命。相關研究表明：軸的擺角對微動磨損有極大的影響，擺角在1°以內，磨損速度較小，但超過該值后磨損急劇增加，這一傾向在大負荷下尤為顯著；內圈/ 滾動體間產生的磨損要比外圈/滾動體間產生的磨損激烈得多，且損傷的形態也不同；雖然切向力滑動和差動滑動都與損傷有關，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 軸承故障表現形式

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

2.2.1 大幅度、高頻次負載波動

活套參與控制后，產生的信號反饋迅速，尤其是軋件頭部通過后起套瞬間產生的信號波動數值均被傳送到軋機主傳控制柜，3架軋機主傳電機所在的控制柜對計算后的加速力進行一定時間段的濾波活動，針對伺服驅動器，加速轉矩濾波時間常數p1 402.4為1 時，設置p1 517為0ms時可達到最快的速度響應，過短的時間段雖能使得整體反饋控制動作快速響應，但會產生不必要的繁冗調節，導致軋機轉速調節頻繁，甚至導致齒輪箱電機輸入電流變化幅度過大，繼而對后部各傳動機構造成不可逆的損傷。 

2.2.2 軸承偏心套跑圈

粗軋3架軋機齒輪箱第3級傳動結構中，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行啟停、加減速動作，在該齒輪箱結構中，Ⅳ軸整體結構質量最大（5617kg），慣性最大，最易導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生變化后，傳動平穩性降低，其各自受到的軸向作用力會出現較大變化，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，最終導致保持架變形失效。前期3架齒輪箱、7架齒輪箱常規檢查中發現滾動體端面有擦刮傷，即為此原因導致。

2.2.4 微動磨損

調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對應的e常數值為0.37）時，未承擔軸向載荷一列的滾動體與滾道之間產生打滑，造成滾道面、滾動體面擦傷，繼而產生微動磨損，潤滑效果差，顆粒物的混入，或在較大載荷的情況下導致油膜破裂不連續，也可導致擦傷。

2.3軸承故障預防措施2.3.1 減緩軋機主傳電機大幅度、高頻次負載波動

加速力濾波時間常數（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行線性控制， 該批次控制柜出廠設置參數為4.00ms。當該值增大為8.00ms時，級聯反饋調節總時長減少至0.5s，縮短了58.33%，齒輪箱電機輸入電流變化幅度縮小至-0.02%~11.48%，降低了84.77%，調節過程趨于平穩。當該值繼續增大時，軋機傳動速度反應遲鈍，存在拱鋼或軋件拉斷風險。故而設置p1 517=8.00ms為最佳狀態。 

2.3.2杜絕軸承偏心套跑圈

粗軋3架軋機齒輪箱各偏心套均有設置止動銷， 往期的齒輪箱維護調整中偏心套與齒輪箱體上設置的銷孔位置有所變化，在后期間隙調整過程中，應充分考慮止動銷軸向竄動后位置改變，可能會導致止動銷止動功能失效，應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。在后續的齒輪箱常規檢查中，應重點關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變化，做好預知維修工作。 

2.3.3 優化軸承檢查方法，提高檢查準確率

根據粗中軋齒輪箱工況環境，選擇沖壓鋼保持架軸承用于沖擊負荷較高的位置，常規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，應在日常檢查中利用4h以 上的停機檢修時間，拆卸位于齒輪箱體上軸承端蓋， 可直截了當地觀察到軸承的狀態，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，并調整到技術參數要求范圍內，確保傳動平穩性，必要時更換滾動體端面出現擦刮傷的軸承。

2.3.4 創造良好的軸承工況環境

以調心滾子軸承SKF 24136CCC3/W33為例，基本額定動載荷為1190 k N，對應的e常數值為0.37。在工作過程中，當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，應對潤滑油進行有效控制，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并及時清理。每月化驗一次油品PQ值等參數，保證潤滑介質清潔。

3 結語

經過長期實踐檢驗及總結，對以上由活套控制產生影響齒輪箱軸承壽命的各類因素通過措施落實，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齒輪箱故障率，提高了設備的穩定性，杜絕高速線材粗中軋齒輪箱軸承燒損的較大設備故障。對于企業生產穩定順行具有良好的經濟價值。

【參考文獻】

[1]趙恒.高速線材軋機活套閉環控制系統的研究與應用[J].科技創新與應用，2023，13（12）：106-109.

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