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400机组穿孔机用滚动接轴的改造设计李佳瑞,秦志坚,刘成钢(11 包钢(集团)公司无缝钢管厂,内蒙古 包头 014010)摘 要:滚动接轴通过法兰间采用端面齿联接,花键副伸缩由液压机构完成,花键两端增设定心机构,且叉头为整体结构的改造设计后,具有联接简单,精度高,安全可靠的性能,能满足连续生产所需要的最低寿命。实践证明,此滚动接轴运转平稳,无冲击,振动小,寿命长,具有较高的使用价值。关键词:端面齿;花键副伸缩;定心机构中图分类号:TG33318 文献标识码:B 文章编号:1009-5438(2004)01-0036-03Reform design of the roll spindles of the punching machinein400 tube rolling trainLI Jia-rui,QIN Zhi-jian,LIU Cheng-gang(Seamless Tube Plant of Baotou Steel(Group)Corporation,Baotou014010,Nei Monggol,China)Abstract:Under the new design that the terminal face tooth link is adopted,through a flange,to the rollspindle of punching machine in 400 tube rolling train,the spline pair flex is realized by hydraulic device,thecentering device is added to the spline s two terminals and the jaw is redesigned to whole structure type,forthe roll spindle,the connection becomes simple,the precision,safety and the credibility become higher,andit can meet the minimum life required by the continuous production.The practice proved that the new rollspindle has the features of smoothness,no-impact,less vibration,longer life and higher value of the use.Key words:terminal face tooth;spline pair flex;centering device 穿孔工序是整套400轧管机组的关键工艺,其轧制的节奏、精度直接影响钢管的成型质量与产量,而制约穿孔机的瓶颈即为联接主减速机与主轧机的滚动接轴,它寿命低,事故率高,运转冲击大,传动效率低,维护更换繁琐等弊端直接制约了整体机组的正常使用。通过吸收消化国内外先进的技术,结合现场的实际,全方位论证,提出滚动接轴的改造方案:采用单元化结构叉头装置,用端面齿的联接方式,花键副伸缩由液压缸控制,在花键的两端增设定心机构的形式实现滚动接轴的稳定运行。1 滚动接轴的改造设计滚动接轴的改造要求振动小,寿命长,结构简单,维护方便,由于其工作传动大的扭矩,必须充分考虑设计的强度,因此对设计的端面齿的联接及花键副进行强度较核,满足其连续工作的可靠性。第30卷第1期2004年1月包 钢 科 技Science&Technology of Baotou Steel(Group)CorporationVol.30,No.1February,2004收稿日期:2003204225作者简介:李佳瑞(1971-),男,内蒙商都县人,工程师,现从事机械设备管理工作。111 整体叉头结构端面齿联接的设计11111 新旧叉头结构分析旧滚动接轴的端头与轴连接为一体,维护困难,且联接面对中性不好易磨损,产生振动和冲击,联接螺栓易松动剪断,事故率高,见图1。图1 端头结构简图 改造的滚动接轴端头采用单元结构设计,简单易维护;端面齿的联接,重复定心精度高,对中性好,脱开结合容易,结合牙间间隙小,牙的强度大且能补偿牙的磨损和间隙,避免转速变化因间隙产生的冲击,运转平稳,见图2。图2 单元化端头结构简图为保证齿联接的单元叉头的互换性,12-58mm的联接螺栓孔的中心线应分别与12个端齿的齿槽对称中心面重合。11112 端面齿的强度较核牙齿工作面的挤压应力计算1:j=2T/DpzA式中T 传递转矩719108N.mm;工作储备系数,取=117;z 牙齿的齿数,z=120。对于三角形牙的承压工作面积:A=Dpbtg式中Dp 端齿的中径,Dp=765 mm;b 牙齿的宽度,b=D-D1/2=140 mm;A=765140tg2350=3186103mm2 j=2117719108/7651203186103=7167N/mm2 j 端齿材料的许用应力,j=4968 N/mm2,则 j j,牙齿工作面的挤压应力满足强度要求。牙齿根部的弯曲应力计算1:W=6Th/Dpzblg2式中h 牙齿高度,h=21.289 mm;lg 齿根宽,lg=26115 mm。W=61.77.910821.29/76512014026.152=19.73 N/mm2 W 齿端材料的许用弯曲应力,W=5978 N/mm2,则 W W,牙齿根部的弯曲应力满足强度要求。112 液压控制伸缩的花键副的设计11211 伸缩机构改造前后结构分析改造前的滚动接轴的伸缩由外力控制方键轴在方键套内移动,方键轴易磨损,间隙大,造成振动冲击,见图3。1-方键套;2-方键轴图3 方键轴伸缩结构简图 设计的伸缩采用渐开线的花键副机构,加长了配合面的长度,承载能力高,受载时齿上有径向力能起自动定心作用。液压缸控制移动,花键副作为缸体,结构紧凑,操作简单,安全可靠。在花键副的两端增设定心机构,提高配合精度,无冲击振动,运转平稳,见图4。73第1期 400机组穿孔机用滚动接轴的改造设计1-定心环(一);2-活塞杆;3-花键套;4-活塞;5-花键轴;6-定心环(二)图4 花键副伸缩轴结构简图11212 花键的强度较核花键的挤压强度计算1:P=2T/zhlDm式中T 传动转矩,T=719108N1mm;各齿载荷不均匀系数,取=017018;z 花键齿数,z=40;l 齿的工作(配合)长度,l=840 mm;Dm 花键的平均直径,Dm=400 mm;h 齿的工作高度,渐开线花键h=m(模数)m=10。P=2719108/0174010840400=16198 MPaP 花键的许用比压,P=3060 MPa,则P P,花键副满足工作强度的要求。2 结论改造的滚动接轴投入使用以来,运转平稳,噪音低、振动小,安全可靠。采用端面齿联接的单元体叉头结构,牙齿间啮合精度高,维护方便,更换简单。液压缸控制伸缩的花键机构,承载能力强,传动效率高,能满足连续生产的需要。实践证明,该设计是成功的,具有较高的使用价值与推广价值。参 考 文 献1 成大先 1 机械设计手册第2、3卷M1 北京:化学工业出版社 119961(上接第23页)表5 测试期(1994年9月)煤气预热器技术参数烟气温度/空气温度/入口出口入口出口空气流量/万Nm3h-1烟气流量/万Nm3h-1空气换热器/106kJh-1烟气换热量/106kJh-1预热器效率/%热量回收率/%温度效率/%25317332121161512140191691512301949136201838412 热风炉煤气消耗量减少新建热风炉采用了烟气余热回收装置,使热风炉煤气消耗量明显降低。与1986年原1#高炉热风炉热平衡测定结果比较,3#高炉热风炉每立方米热风所消耗的煤气量为0152 m3,而原1#高炉热风炉为0165 m3,两者相比,3#高炉要比原1#高炉 热风炉煤气消耗量降低约20%,在风温保持不变的条件下,全年可节省煤气约为419107m3/a,折合标准煤5 962 t/a。运用烟气余热回收装置热管换热器预热煤气和助燃空气作为一项新技术已经成为包钢新建热风炉提高风温、降低能耗的有效措施之一,在热管换热器应用初期的生产实践已经证明热管换热器用于热风炉烟气余热回收是成功的,节能效果较显著。413 出现问题及改进措施近几年,由于热管本身质量问题及实际生产中正常维护跟不上、操作失误等原因造成3#、4#高炉热风炉的热管换热器运行效果逐步开始减弱,热管换热性能已大大下降,针对以上3#、4#、1#高炉热风炉热管换热器的使用状况,我们总结出提高热管质量,加强维护管理,严格按规程操作,进一步提高热管寿命,才能保证其在生产中能达到预期节能效果。因此,在新大修2#高炉热风炉的热管换热器的设计及选择上,克服了以往换热器的不足,最终选择了大连熵立得传热技术有限公司的热管式整体全逆流(煤气/空气)双预热器,其运行效果有待于实际生产中测定统计。参 考 文 献1 刘均会 1 包钢3#高炉外燃式热风炉热平衡与计算J 1 包钢科技,1996,(1):56.83包钢科技 第30卷