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，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。扭矩測試系統如圖 1 所示。采用無線動態應變采集儀，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，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 道次扭矩規律與第 1 道次類似，但在咬入瞬間發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，平輥逐漸克服了最初的咬入速降，開始拉動軋材軋制。這個過程直至平輥扭矩達到最大，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最大軋制力、最大扭矩、最大電流均發生在第 1 道次，其中最大扭矩與最大電流發生在 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與工藝參數予以解決。 根據實測數據進行的仿真表明^［4］，最大應力發生在截面過渡的應力集中區域，與實際破壞區域吻合，且處于三向拉應力狀態，取第一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，法蘭叉頭與十字軸最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，給出了最小入口鋼溫; 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，調整了控制系統與部分工藝參數，最終解決了 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 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．