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軋機聯軸器安全銷的結構優化

文檔作者：焦自金王書雷文檔來源：山鋼股份萊蕪分公司型鋼廠		點擊數：	更新時間： 2021年06月17日
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第35卷第1期
2013年2月
山 東
Shandong
冶 金
Metallurgy
V0l_35 No．1
February 2013
軋機聯軸器安全銷的結構優化
焦自金，王書雷
(山鋼股份萊蕪分公司型鋼廠，山東萊蕪271 104)
摘 要：萊鋼中型線軋機傳動系統安全聯軸器的安全銷存在材質、結構尺寸和裝配精度等方面的設計和加工缺陷，使用壽
命較低。通過對安全銷的強度校核，材質選用35CrMo，重新確定了安全銷頸部直徑，改善了尺寸精度和加工工藝，安全銷使
用壽命提高到3個月，停機事故減少了50％。
關鍵詞：軋機聯軸器；安全銷；材質；頸部直徑
中圖分類號：TG333 文獻標識碼：B 文章編號：1004—4620(2013)01—0075—01
1 前言 3 安全銷結構優化
萊鋼型鋼廠中型型鋼生產線的萬能軋機是精軋
機的主體設備，其電機和減速機之間采用型號為
KSS447的安全銷式鼓形齒聯軸器(簡稱安全聯軸
器)連接，其工作原理是通過裝配在安全聯軸器內齒
圈上的安全銷的過載剪斷功能，配合主電機的過載
保護系統，實現對軋機主傳動系統的可靠保護。安
全銷作為安全被剪斷元件，具有一定的安全保護功
能，當設備超負荷運轉時，能夠瞬間剪斷，以保護傳
動系統的安全。同時安全銷還必須具備穩定的可靠
性，避免在正常軋制過程中斷裂，導致軋件堆鋼等事
故的發生。在使用過程中發現，安全銷頻繁出現斷
裂事故，平均使用壽命為1．5個月，對生產順行造成
較大影響。結合安全銷的工況，對安全銷的強度進
行校核，并進行結構優化，消除了這一設備隱患。
2 安全銷使用過程中出現的問題
安全銷使用過程中出現以下問題：1)性能不穩
定。安全銷安裝投入使用初期可靠性較高，但隨著
使用時間的延長(1個月以后)，產生疲勞裂紋并逐
漸擴展，導致可靠性降低，出現安全銷頻繁斷裂現
象。2)安全銷由于選材和熱處理不當，強度和韌性
搭配不合理，使用過程中，材料在剪斷截面上產生塑
性滑移變形，使其截面材料脆化而強度降低，最終導
致斷裂。3)安全聯軸器一般需要同時安裝3根安全
銷，共同承擔傳遞扭矩的作用。在實際生產中，經常
出現3支安全銷不同時受力的情況，逐個陸續迅速
斷裂。4)由于材質、結構尺寸和裝配精度等方面的
設計和加工缺陷，安全銷的強度選擇過分強調可靠
性，使其安全性能降低。
收稿日期：2012—07-02
作者簡介：焦自金，男，1970年生，2009年畢業于中央廣播電視大學
機械設計制造及其自動化專業。現為萊鋼型鋼廠機動科工程師，
從事設備管理工作。
3．1 聯軸器的結構特點及工作參數
中型線精軋機組采用的是帶槽銷釘式安全聯軸
器，與普通鼓形齒聯軸器的區別是在聯軸器的內齒
圈上配置有安全銷孔，并有一側的內齒圈被加工成
內外兩部分的分體結構。裝入安全銷后，兩半聯軸
器被連接到一起，此時安全銷代替鉸孔螺栓并傳遞
扭矩。在生產中，當軋機的沖擊負荷超過設定值時，
安全銷斷裂，安全聯軸器的兩半聯軸器均嚙合正常，
但兩半聯軸器脫離連接，過大的軋機沖擊力不會對
軋機的主傳動系統造成損壞。
安全銷的主要參數：額定扭矩28 636 N·In；斷裂
扭矩78 400 N·m；材質為45 鋼調質處理，屈服強度
500 MPa，剪切強度561．5 MPa；計算剪應力311 MPa。
3．2 材料及熱處理方法選擇
由于實際工作過程中，軋機的沖擊給安全銷帶
來的破壞作用非常大，因此要求材料的沖擊韌性指
標和抗疲勞能力要比45 鋼更加優異。經過綜合試
驗，并考慮其經濟性等各方面因素，選擇了35CrMo
作為替代材料。為進一步提升各項性能指標，采用
調質處理的方式，加熱溫度為850 oC，回火溫度
550 oC，冷卻方式采用油冷。材料性能參數為：屈服
強度800 MPa，剪切強度950 MPa，伸長率≥15％，收
縮率>／50％，沖擊韌性I>65 J／cm2，硬度HB270。
3．3 安全銷頸部直徑的計算
安全銷頸部是過載時安全銷的斷裂部位，頸部
直徑即為安全銷的工作直徑。安全聯軸器上共有6
個銷孔，原始設計安全銷的使用根數為3根，每隔1
個銷孔安裝1根安全銷，這一設計即能保證安全銷
傳遞扭矩的能力，又能最大程度使每根安全銷受力
均勻。因此，按原設計使用3根安全銷同時工作。
由于中型生產線進行新產品開發，對額定斷裂扭矩
進行修訂，確定其值為81 340 N·in。(下轉第77頁)
75
邵書東等 軋機乳化液清潔度及軋后殘留控制措施 2013年第1期
3 軋后板面乳化液殘留控制
泰鋼六輥HC可逆軋機自試生產以來，冷軋板
面殘留大量的乳化液，在高速軋制時尤其突出。鋼
帶表面殘留的乳化液在經過退火處理后，由于不能
完全揮發掉，在高溫下與鋼帶發生氧化反應，形成
黑斑、黃斑等缺陷，成為影響產品質量的一大難
題。通過觀察和分析，造成軋后乳化液殘留的主要
因素是乳化液吹掃效果差、操作程序不規范、乳化
液噴濺、軋制板形不良。
3．1 提高乳化液吹掃效果
提高乳化液吹掃壓力，達到0．65 MPa，增加側吹
噴嘴，提高側吹效果，減少鋼帶兩側板形不良區乳
化液殘留。調整噴嘴的吹掃角度與鋼帶表面的夾
角約為45。。在短而有效的距離內形成多道嚴密
的氣墻，達到吹盡板面殘留乳化液的目的。
3．2 規范操作程序
對乳化液噴射與吹掃操作順序進行調整。在
本道次鋼帶尾部降速停止前提前關閉乳化液，并延
時30 s關閉吹掃裝置；下一道次軋制前，提前打開壓
縮空氣進行吹掃，軋制結束后延時30 S關閉吹掃裝
置，減少乳化液殘留。
3．3 乳化液噴濺控制
軋機在高速生產過程中，除了因離心力作用而
使軋輥輥面的乳化液被甩飛濺外，中間輥及工作輥
的輥間同時會涌出大量的乳化液，導致鋼帶板面乳
化液殘留。通過在軋機人口、出口牌坊間增加乳化
液噴濺的擋板，將噴濺的乳化液分流到軋機兩側，
減少鋼帶表面的噴濺量。
3．4 提高軋制板形質量
通過調整壓下規程和工作輥的彎輥量，提高軋
后產品的板形質量，減少浪形區域乳化液殘留。
4 控制效果
通過以上措施，乳化液的各項理化指標均滿足
了生產工藝要求，冷軋鋼帶表面原來存在的黑斑、
黃斑缺陷大量減少，降級率由0．18％降至0，達到冷
軋鋼帶光亮潔白的效果，提高了冷軋鋼帶的質量。
(上接第75頁)根據銷釘式安全聯軸器的銷釘切槽
處的直徑計算公式，確定安全銷頸部直徑為(18．2±
0．05)mm。
3．4 加工精度和加工工藝
影響安全銷尺寸精度和表面質量的主要因素有
加工精度、位置精度及孔徑精度。
1)安全銷套的加工精度指安全銷套與聯軸器銷
孔配合的外徑尺寸精度和安全銷套與安全銷配合的
內徑尺寸精度。如果2個尺寸精度差、公差大，將會
造成銷套與銷子和聯軸器孔配合不好，出現安全銷
不同時受力的情況。因此，必須依據安全銷套工作
尺寸的公差大小確定安全銷的尺寸公差。
2)6個聯軸器銷孔的位置精度(分度精度和定
位精度)和孔徑精度。兩半聯軸器的6個銷孔的位
置精度如果較差，將會使兩半聯軸器銷孔定位后的
同軸度發生偏移，造成其銷孔的實際作用尺寸變小，
影響其同時承受載荷的能力。由于1套聯軸器上的
銷孔都是配鉆配鉸的，只有在安裝安全銷時注意保
持聯軸器的連接位置正確，才能避免由于精度差對
安全銷使用造成的不良影響。對安全銷套實施選配
法提高孔徑精度。
3)材料的彈性變形量的大小和抗疲勞能力。安
●<>●o ●—C>●—0 ●0 ●◇ ●—：0 ，●-C '●0 ●0 ●◇
全銷、安全銷套、聯軸器的材質確定后，其彈性模量
為定值。安全銷安裝后由于尺寸精度造成的接觸精
度不一致會通過材料的彈性變形來消除。
4)~nm精度的確定和加工工藝的安排。通過對
以上的各相關因素的分析，對安全銷相關參數進行
了現場實際檢測，考慮到安全銷的加工經濟性，制定
安全銷的加工工藝：鍛造棒料一粗車一熱處理一精
磨。安全銷的加工精度，表面粗糙度要求Ra6．3，配
合直徑的尺寸精度24(25)m-0．o0s42s。同時為了消除安全
銷頸部的應力集中，加大了該部位的 值，取1
mm。為防止在切斷時安全銷的斷面不整齊，使兩側
的半聯軸器不能及時脫離連接，將安全銷頸部的寬
度尺寸確定為2 mm。
4 應用效果
通過對安全銷結構和性能的技術優化，提高了
安全銷的使用壽命和工作可靠性。根據1 a的數據
統計，優化后的安全銷使用壽命比優化前提高1倍，
平均使用壽命達到3個月。在使用過程中，通過定
期更換等維護手段，因安全銷斷裂造成的設備停機
事故減少了50％，保證了生產的穩定順行。
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