重钢4100mm生产线粗精轧主电机轴承座高压油管的改进
2015-04-14 08:32:13
1 概述
重钢4100mm生产线自投产以来一直承担宽厚板生产任务。本文探讨的是关于4100mm生产线粗精扎主电机轴承座高压油管。由于其作用重要、拆装耗时、容错率低、影响面广等诸多因素，无疑是众多设备隐患中较为突出的一件。
2 相关设备简介
2.1 粗轧机
4100mm粗轧机为一台四辊可逆式粗轧机，在机架窗口中安装有四根轧辊，中间两根为工作辊，其传动端为扁头，通过十字头式接轴分别与上下主电机相连，通过电机传动使上下工作辊相对转动。粗轧机具有高刚性的特点，净重达339.5t的牌坊和直径Φ2200mm的支承辊，机械净压靠刚性模数超过7900kN/mm。传动端装配有2×6000kW交流变速主电机，电机转速为40/100r/min，最大轧制力矩为2×3938kNm。
2.2 精轧机
重钢4100mm四辊精轧机包括精轧主传动、机前工作辊道、机后工作辊道、机前推床、机后推床、精轧快速
换辊装置等。前接粗轧机区域设备，后接ACC快冷、矫直机等。其工作原理与粗轧机类似，在机架窗口中安装有四根轧辊，中间两根为工作辊，其传动端为扁头，通过十字头式接轴分别与上下主电机相连，通过点机传动使上下工作辊相对转动。
精轧机具有高刚性的特点，净重达335t的牌坊和直径Φ2200mm的支承辊，机械净压靠刚性模数超过8000kN/mm。
传动端装配有2×8000kW交流变速主电机，电机转速为60/130r/min，最大轧制力矩为2×3502kNm。
3 主电机轴承座解析
3.1 主电机轴承座工作原理
在粗轧主电机区域共有上下两台主电机呈上下错置，由于下主电机距离轧机距离更远，因此在传动端加设了中间轴承座用以分担传动轴的重量及保证联轴器位置。一台主电机转子及联轴器约有75t重，两台合约150t。这些重量均由五个轴承座内轴瓦承担。
由于其质量大、负荷高，无法使用常规轴承来降低力传递过程中的载荷摩擦系数，故使用了静压轴承，其为滑动轴承的一种，是利用压力泵将压力润滑剂强行泵入轴承和轴之间的微小间隙以承受载荷，静压轴承的供油压力比动压轴承高得多。而在日常生产使用中最常遇见的突发情况就是在轴承座内负责将高压油输送到轴瓦内的高压油管发生断裂或破损。
3.2 工作原理
此种运行方式的主要特点之一，是在完全静止的状态下，也能建立起承载油膜，能保证在启动阶段摩擦副两表面也没有直接接触，这在动压轴承是绝对不可能的，同时，启动和运转期间摩擦副均被压力油膜隔开，滑动阻力仅来自流体粘性，摩擦因数小、工作寿命长。
因此，启动采用静压轴承的转子时，必须先启动静压润滑系统。
静压轴承在运转中，由于摩擦副有相对运动，故亦可能产生动压效应，当动压效应达到一定份额时，轴承成为动静压混合轴承。为了满足日常生产，粗、精轧机的主电机轴承座高压油管的油压普遍在5～12兆帕之间。
3.3 近期事故
2014年8月8日12∶53～18∶44粗轧下主电机驱动端高压油管爆，原因分析：该电机轴承座高压油管为焊接铜管，已使用14个月，金属疲劳及接头形式不适用于该工况，使铜管接头断裂。
2014年6月13日13∶25～20∶40精轧主电机下电机重车头轴承座高压油管断裂，原因分析：通过对现场断裂的高压油管分析，油管的弯曲半径过大，电机起制动频繁对其不断冲击造成铜管磨损是此次油管在管口焊接处断裂的主要原因。
自中厚板厂4100mm生产线投产以来，粗轧机主电机轴承座加上精轧主电机轴承座共十个轴承已经多次发生轴承座内高压油管造成的停轧事故。由于故障发生后，需要拆开轴承座，吊出上瓦盖，翻出下轴瓦，才能对损坏的油管进行修复或更换，因此事故停轧时间普遍较长，影响较大，又因其隐藏在密封的轴承座内，平时点检人员在点检中无法对其进行检查，存在极大的未知性和突发性，是生产顺行的瓶颈。加上地势狭窄，环境复杂，每次抢修时间紧张，拆装精度要求较高，事故停机时间普遍较长，对检修人员的业务能力要求也较高。此故障一直困扰着维护单位。
3.4 事故原因分析
在生产中，轧机咬钢的冲击及轧制过程中的震动都会通过连杆传递到轴承座内。在长期的生产中，座内高压油管不断承受纵向冲击，这些力最终会由接头部分承受，时间一长发生金属疲劳是在所难免的。
4 高压油管的发展与改进
4.1 钢丝编织高压胶管
在中厚板厂4100mm生产线投产之初就是采用的钢丝编织高压油管，这种高压油管主要由耐油（水）合成橡胶的内胶层、钢丝编织增强层组成。由于耐压性不足，在使用中会发生管壁裂开的情况，现已停用。实践证明，设备安装时的选型有误，此类油管不适应4100mm产线这样环境恶劣、反复冲击较大的工况。
4.2 螺旋状铜管（薄）
在淘汰掉钢丝编织高压油管后，维护单位试着开始采用这种由铜管退火绕制而成的高压油管。螺旋油管的特点是重量轻、强度高、耐腐蚀。缺点是由于不是原厂配套设备，必须自行在接头处焊上接头，而且管壁较薄，仅为1mm，如果焊工经验不够丰富，在绕制和焊接的过程中容易出现人为缺陷，在长期的使用中有不确定性，曾多次发生过接头断裂或弯曲半径过小导致管壁破裂的事故，现已被迫弃用。
4.3 螺旋状铜管（厚）
为了改进薄型铜管，后又改进为另一种加厚型的螺旋状铜管，管壁达到2mm厚。但是，实践中依然无法排除薄管壁铜管的问题，特别是接头处，由于弯曲半径过大、承压能力不足，在弯曲半径处仍是频繁断裂，现已逐渐被替换。
4.4 钢丝编织高压胶管（厚）
目前机上使用较多的为此种高压油管，其材质和结构均与第一种油管类似，只是对管壁进行了加厚，使油管能够承受更大的压力。但此种油管为过渡性使用，改进的终极目标表为T型头。
4.5 T型头油管
T型头油管是在综合以上油管的问题后最新改进出的设计，材质上采用高强度合金制成，强度高，形态固定，不易发生金属疲劳。其一头连接下轴瓦进油孔，一头连接高压铜管。
此种改进最大的优点是其对固有设备的延伸特点。在高压油管发生破损或断裂后，能快速地取下上端盖，直接对下轴瓦的油管进行更换，而不必依次拆开上轴瓦顶起轴及翻出下瓦，节省了大量的抢修时间。
此种改进不光简化了抢修过程，也在很大程度上避免了突发事故。因其自身呈L型，在整个供油路线中承担了最大的拐点上的压力，降低了油管破裂风险，同时缩短了轴承座内高压油管的行程，避免了铜管大幅度的抖动，保障了接头处的可靠性。而设计时T型头的尺寸与轴瓦完全契合，可延长其使用寿命。
5 结语
