德国herkules轧辊磨床故障分析和改善维修

研磨者

德国herkules轧辊磨床故障分析和改善维修

德国HERKULES公司产WS600/450-16×5000型数控磨 床一台,承担带轴承箱的F1-7精轧工作辊的磨削。该磨床最大加工直径1200mm,最大加工重量16t,最大加工长度5000mm。此磨床在我国钢铁业冷热轧生产线中被广泛应用。其采用自己开发 的HCC数字控制系统,软件运行稳定,人机界面友好;但磨床整体刚性针对宝钢2050热轧辊 来说显得不够,从而影响上机轧辊加工质量。特别近期宝钢热轧线大量投入使用F1-3高速钢工 作辊以及磨床开始实施技术改造,使得该磨床状态在高负荷下出现机械性能失效,具体表现在以下 三个方面。1床头箱起动力矩不够大直径热轧辊在起动时的驱动力矩很大。造成原设计的床头箱一 级传动皮带打滑。实测带大负荷时,75kW床头箱直流电机起动电流在208A,电机皮带盘与 一级传动皮带之间开始打滑。1·1性能失效的原因图1受力分析及振摆测量点位置1·1·1托 架两托瓦分布形式不合理从轧辊受力分布来分析驱动力矩。目前宝钢2050热轧精轧工作辊的最大重量约为10t,其两个轴承座每个约重3 t,已由两个液压软支撑承担了。因此,如图1所示,作用在轧辊静态时的受力分析如下:假定:重 力=98kN底瓦上的支撑力=重力/cos16·5°=102·2kN侧瓦上的支撑力=重力 ×tan16·5°=29kN轧辊旋转时(假定底瓦处的摩擦系数为μ1,侧瓦处的摩擦系数为 μ2),则:底瓦处的摩擦力=底瓦上的支撑力×摩擦系数=102·2μ1kN侧瓦处的摩擦力 =侧瓦上的支撑力×摩擦系数=292μkN从而可知,床头箱驱动轧辊旋转的驱动力为:驱动力 =摩擦力之和=(102·2μ1+292μ)kN托架的圆弧半径=0·315m,因此轧辊旋 转的驱动力矩为:驱动力矩=驱动力×托架圆弧半径=(32·20μ1+9·14μ2)×103N·m(1)如图1,由于HERKULES公司的轧辊磨床托架采图2WALDR ICH磨床托架结构形式用的托瓦形式为:90°侧瓦(与垂直线的夹角为90°)和较小倾斜角底 瓦(与垂直线的夹角为16·5°)。可见,轧辊重量过多地依靠托架底瓦承担。如式(1)所示 ,阻碍轧辊转动的力矩集中在底瓦摩擦力矩上。这是造成床头箱起动力矩不够的一个因素。而德国WALDRICH公司生产的同类轧辊磨床,其托架两托瓦分布形式为:侧瓦(与垂直线的夹角为65°)和底 瓦(与垂直线的夹角为25°)。见图2,两片托瓦同时承担轧辊重力,阻碍轧辊转动的力矩分散 在两片瓦上,便于轧辊起动。另外,HERKULES公司90°侧瓦的结构形式造成托瓦润滑油 在瓦的表面很难集聚而与辊颈间充分形成油膜,因此在实际生产过程中式(1)所示的2μ值将很 大;16·5°底瓦使用的是干油润滑,与稀油润滑相比式(1)所示的1μ值也将增大;这也是造成床头箱起动力矩不够的一个因素。而WALDRICH公司的托瓦形式有利于托瓦表面形成油膜,同时两托瓦均采用稀油润滑,减小了起动力矩。1 ·1·2床头箱传动级数不够HERKULES公司的该型号磨床床头箱采用二级传动结构:一级 为皮带传动,二级为链条传动。限于床头箱的构造成本,又要提供一定的传动比,各级传动盘之间 的直径值相差很大,但传动轴心之间距离却很近,造成皮带在皮带盘上的有效接触减少,损失了一 部分扭矩。因此,虽然床头箱电机功率为70kW,但传动比过小,传递到花盘的扭矩不够,是造成床头箱起动力矩不够的另一个因素。而WALDRICH公司生产的同类轧辊磨床,床头箱采用三级皮带传动结构。床头箱电机功率虽为50kW,但 其传动比大,传递到花盘的扭矩反而大很多。1·2改善维修对轧辊驱动力矩不够这个问题,最好 的解决办法是:改变托架的设计和增加床头箱传动级数。但限于已有床身的尺寸和投资成本,一时 无法做到,也不经济。但我们发现,HERKULES公司为提高床头箱传动比,将二级传动轴上 的一级传动皮带盘直径做得相当大,达到?920mm。而床头箱电机的皮带轮直径仅?260m m,造成与传动皮带之间的包角只有118°。并且,发现床头箱电机的基座可以有15cm的调 节范围,也就是电机的皮带轮中心可以向前平移。这样,如图3所示,如果我们在三角皮带的松边 增加一套压紧轮装置(压紧轮直径?100mm)。使电机皮带轮的包角增加到180;°并将原 XPA3000的三角皮带更换成XPA3150,适当增加皮带长度。可以有效提高传动功率, 避免起动时的电机打滑现象出现,从而提高了起动力矩。同时,我们还改变了原托架托瓦的出油方 式,有效地降低式(1)中μ1和μ2的值,从而降低轧辊起动时的阻力矩。采取的措施是[s:3]1 )将原托瓦供油为外部滴油方式改为瓦内出油方式,并开油槽,以提高润滑油的滞留,形成油膜, 降低摩擦力。(2)将原底瓦干油润滑方式改为稀油润滑,增加油管,固定供油润滑。图3床头箱 电机驱动皮轮增加压紧轮后包角由118°增加为180°2轧辊磨后圆度偏差超标图4轧辊磨后 圆度偏差曲线磨后轧辊传动侧圆度偏差远大于轧辊辊颈圆度偏差当量。当轧辊辊颈圆度不佳时,磨 后轧辊传动侧圆度偏差容易超过0·10mm(同类轧辊磨床该值一般小于0·05mm),且圆 度偏差曲线始终呈椭圆形规律(如图4)。2·1性能失效的原因首先,为确定轧辊磨不圆的根源 ,在转动轧辊时我们对磨床支撑轧辊的托架各主要部位用百分表来测量,观察轧辊振动的来源,见 图1。测量结果如下:A处振摆0·02mm;B处振摆0·02mm;C处振摆0;D处振摆0 ·02mm;E处振摆0·06mm。轧辊的辊颈圆度是轧辊磨削时的基准,该圆度会直接影响轧 辊磨削后的圆度。而左右托架的刚度和它们与轧辊辊颈的接触精度也将直接影响轧辊的磨削圆度。 从检查的结果看,左右托架的刚性和精度是较差的。而E处的振摆值是轧辊圆度误差的主要来源。 这与HERKULES磨床90°侧瓦,底瓦仅为16·5°斜角的结构有关。磨床花盘夹头为扁 平夹头,驱动时与轧辊扁头点接触,两头垫多片碟形弹簧缓冲驱动扭力。因此必然产生一对驱动作 用力偶(如图1),向左的力偶基本由侧瓦抵挡,而向右的力偶只有底瓦来抵挡。托架与床身的间 隙、侧瓦丝杆的间隙、瓦面的弧度等都将影响E处的振摆大小。可见,驱动力偶会使轧辊每旋转一 周作两次向右的振摆。实测E处振摆数值达0·06mm,直接造成轧辊磨后圆度偏差超标。另外 ,椭圆形磨后轧辊圆度偏差曲线也进一步印证了E处振摆数值偏大(一般磨后轧辊圆度偏差曲线应 呈偏心不规则圆形)。2·2改善维修为提高圆度偏差精度,我们主要采取以下措施[s:3]1)铲刮 磨床床身导轨面与托架接触面,要求有更多面积的接触,每25mm×25mm面积上的接触点均 匀地达到12点。(2)碾刮托瓦巴氏合金,改善托瓦的弧面和轧辊辊颈架的接触面。通过带动轧 辊旋转,来检验碾刮效果。每两副托瓦的刮研工时长达三个工日。(3)更换侧瓦丝杆,并校验新 丝杆自由间隙。修磨侧瓦压板内表面,确保侧瓦平稳固定。(4)更换花盘夹头碟形弹簧,合理调 整夹头与轧辊扁头间隙。经过以上维修后,实测E处的振摆值降低到0·01~0·015mm。 这样使连续磨削了12件轧辊后,圆度误差在0·03mm以内的有6件,圆度误差在0·05m m以内的也有6件。使轧辊磨后圆度偏差精度有了较大提高。3磨后轧辊表面容易产生振痕磨削过 程中,往复台振动明显,轧辊表面容易产生振痕。3·1性能失效的原因从设备自身角度分析,外 圆磨床加工工件表面产生振痕一般与磨削主轴的刚性和自由间隙有关。因此我们首先检查砂轮主轴 的轴向和径向间隙。发现砂轮主轴与轴承的径向间隙达0·25mm。该值明显偏大(出厂时的技 术要求为0·10mm),这正是产生振痕的主要根源,并影响机床磨削效率。3·2改善维修首 先,我们对砂轮主轴解体,在精密外圆磨床上对主轴的前后轴颈处作超精磨加工(磨削量0·05 mm),磨后圆度和圆柱度误差都控制在0·002mm以内,表面粗糙度为Ra0·02μm。 测量出主轴前后轴颈处的实际尺寸。另用胶木车削一根碾磨轴,其长度为前后轴颈总距离再加25 0mm,也在精密磨床超精磨两个轴颈处,其尺寸为砂轮主轴轴颈精加工后实测到的尺寸加0·0 8mm。然后,调整主轴轴承的内孔,使轴承内孔收缩到比实际主轴轴颈尺寸小0·05mm。逐 步刮研主轴承的内孔,使碾磨轴与轴承内孔的接触点数在12点/(25mm×25mm)以上。此时轴承与砂轮主轴的实际间隙在0·10mm以内。最后,用煤油彻底清洗轴承内孔及全部轴承副,至少洗两次,以保证间隙之间没有任何异物。装上两条皮带后转动砂轮主轴,每档速度开动30min,逐步上升至工作转速,达到温升平衡后,可以增加皮带数后开始试磨轧辊。为防止带负荷磨削 时主轴咬死,在装砂轮前先用木料方子80mm×80mm×1500mm在砂轮主轴前端垫上木 块后,人为作用约980N外力,相当于在主轴前端作用了约9800N的阻力,让主轴按加工速 度旋转一段时间。如果一切正常,说明主轴的动压力已可以承受9800N外力下的摩擦力。也就 是说主轴及轴承的动压力已可担负砂轮主轴磨削时的磨削力了。重新测量此时砂轮主轴及轴承的径 向间隙为0·11mm,已基本修复到出厂时的技术要求。磨削轧辊后的振痕已有改善。4结论通 过对HERKULES轧辊磨床机械故障的改善维修,得出以下结论[s:3]1)在磨床床头箱三角皮 带的松边增加压紧轮装置和增加托架托瓦润滑。可以有效改善磨床床头箱起动力矩不足的现象。( 2)提高磨床托架各接触面的配合,减小轧辊修磨时的摆动值,将有效提高轧辊磨削圆度。(3) 消除轧辊磨削震痕的关键在于恢复磨削主轴的自由间隙精度。德国HERKULES轧辊磨床故障 分析和改善维修上海200943对宝钢热轧HERKULES轧辊磨床床头箱起动力矩不够、轧辊磨后圆度偏差超标、磨后轧辊表面产生振痕等存在的故障 胡学雄$上海宝钢股份公司!

xshlgman

为编文章的确不错,对HERKULES轧辊磨床的问题分析比较到位,不过好像这是HERKELES的老床子,新床子好像不是这种结构了.

版主应该将这编文章放到轧辊磨床区.