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軋機(jī)大扭矩液壓安全聯(lián)軸器分析及改進(jìn)

文檔作者：張訓(xùn)江文檔來(lái)源：武鋼集團(tuán)鄂鋼公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月21日
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· 72· 重型機(jī)械 201l No． 3
· 設(shè)備改造·
軋機(jī)大扭矩液壓安全聯(lián)軸器分析及改進(jìn)
張訓(xùn)江
(武鋼集團(tuán)鄂鋼公司，湖北鄂州436002)
摘要：針對(duì)4 300 mm四輥可逆軋機(jī)液壓安全聯(lián)軸器頻繁失效不起保護(hù)的問(wèn)題，對(duì)失效原因進(jìn)
行了分析，介紹了液壓安全聯(lián)軸器的工作原理，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的安全聯(lián)軸器起到了保護(hù)
作用，使用效果良好。
關(guān)鍵詞：液壓安全聯(lián)軸器；環(huán)形封閉腔；靈敏響應(yīng)；安全保護(hù)
中圖分類號(hào)：TG333．1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001～196X(2011)03—0072—03
Analysis and modification of high-torque hydraulic
safe coupler for rolling mill
ZHANG Xun-jiang
(Wuhan Iron＆Steel Group Echeng Iron＆ Steel Co．，Ltd．，Ezhou 436002，China)
Abstract：Aiming at~equent invalidation of the hydraulic safe coupler for 4 300 mm four·-roller reversing roll--
ing mill，the failure cause is analyzed． The working principle of the hydraulic safe coupler is introduced．The
modification work for the hydraulic safe coupler was done．The modified hydraulic safe coupler played a pmtec—
tive role and its application result is perfect．
Key words： hydraulic safe coupler；ring form sealing cavity；sensitive response；security protection
●l —HJ IJr—百—～
武鋼集團(tuán)鄂鋼公司裝備的4 300 mm精軋機(jī)
為四輥可逆軋機(jī)，額定軋制力為90 MN，工作輥
由兩臺(tái)9 000 kW、55／120 r／min交流電機(jī)傳動(dòng)，
采用交交變頻傳動(dòng)。由于該軋機(jī)可逆運(yùn)轉(zhuǎn)，咬
鋼、拋鋼、板坯溫度的變化、壓下量的變化、誤
操作卡鋼疊軋等，使該軋機(jī)長(zhǎng)期在重載變速、重
載沖擊下工作。為了保護(hù)主傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)、主傳
動(dòng)十字萬(wàn)向軸、軋輥等設(shè)備不被損壞，避免造成
重大事故，在主傳動(dòng)電機(jī)和十字萬(wàn)向傳動(dòng)軸之間
設(shè)計(jì)安裝了安全聯(lián)軸器。寬厚板軋機(jī)要求安全聯(lián)
軸器工作扭矩較大，響應(yīng)速度快，由于國(guó)內(nèi)還沒(méi)
收稿日期：2011—03—05；修訂15t期：2011—03—26
作者簡(jiǎn)介：張訓(xùn)江(1977一)，男，武鋼集團(tuán)鄂鋼公司，高級(jí)工
程師。
有該產(chǎn)品，因此武鋼集團(tuán)鄂鋼公司從德國(guó)引進(jìn)
Safeset-SR—F型液壓安全聯(lián)軸器，本文對(duì)該聯(lián)軸器
工作原理及使用中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析及改進(jìn)。
2 液壓安全聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)及原理
液壓安全聯(lián)軸器由電機(jī)軸套、帶法蘭中間
套、帶油腔的輪轂、剪切管(安全銷)、剪切環(huán)、
快速接頭等零部件組成，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
軸套2通過(guò)過(guò)盈配合熱裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子軸1
上。輪轂4是一個(gè)密封帶油腔輪轂，與帶法蘭中
間套3之間過(guò)盈配合。帶法蘭中間套3與軋機(jī)十
字萬(wàn)向傳動(dòng)軸連接。輪轂4上有一個(gè)油腔5，里
面注入高壓耐磨液壓油，注油時(shí)，先將剪切管6
擰緊后旋開(kāi)2圈，將液壓油用高壓泵從快速接頭
8處打入到油腔5中，然后將剪切管6擰緊。在
油壓的作用下，輪轂4將帶法蘭中間套3與電機(jī)
軸套2箍緊，工作時(shí)油腔壓力與傳遞扭矩成正
2011 N0．3 重型機(jī)械 ·73·
比。油壓給定后，所能傳遞的轉(zhuǎn)矩的極限值(安
全轉(zhuǎn)矩)為定值。工作過(guò)程中，當(dāng)工作轉(zhuǎn)矩大于
安全轉(zhuǎn)矩時(shí)，則帶法蘭聯(lián)結(jié)套3與電機(jī)軸套2之
間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，剪切管的頂端就被與電機(jī)軸套
2相聯(lián)的剪切環(huán)7剪斷，帶油腔的輪轂4腔內(nèi)的
壓力油迅速泄出，油壓消失，聯(lián)結(jié)套3與軸套2
之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，轉(zhuǎn)矩傳遞中斷，起到安全保
護(hù)功能。更換剪切管并重新注入壓力油后，便可
重新工作。
圖1液壓安全聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)
Fig．1 Structure of hydraulic safe coupler
1．電機(jī)軸2．電機(jī)軸套3．帶法蘭中間套
4．帶油腔的輪轂5．油腔6．剪切管(安全銷)
7．剪切環(huán)8．快速接頭(進(jìn)油腔)
液壓安全聯(lián)軸器工作時(shí)安全元件不受疲勞因
素影響，設(shè)定傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定；超載時(shí)脫開(kāi)時(shí)間短
(20 ms左右)，保護(hù)性能安全可靠；通過(guò)設(shè)定注
入油壓大小，可設(shè)置準(zhǔn)確的過(guò)載保護(hù)轉(zhuǎn)矩值，不
對(duì)其他設(shè)備造成損壞；更換安全管方便，恢復(fù)時(shí)
間快；結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)量小，便于與其它傳動(dòng)件組
合使用。
3 使用初期出現(xiàn)的問(wèn)題及分析
3．1 出現(xiàn)的問(wèn)題
4 300 mm精軋機(jī)設(shè)計(jì)公稱扭矩為每個(gè)接軸
1 562 kNm，電機(jī)短時(shí)超載能力(275％)為每個(gè)
接軸4 297 kNm，根據(jù)工作狀況和設(shè)備安全分
析，安全聯(lián)軸器設(shè)定扭矩為5 500 kNm，壓力設(shè)
定為62 MP。精軋機(jī)從2009年5月份開(kāi)始運(yùn)行
以后，在2009年9月出現(xiàn)了多次安全銷剪切的
情況，安全扭矩不在預(yù)先設(shè)定的扭矩范圍內(nèi)，聯(lián)
軸器頻繁失效。9月份主傳動(dòng)安全聯(lián)軸器詳細(xì)運(yùn)
行情況見(jiàn)表1，其中剪切扭矩是工作過(guò)程中在線
扭矩檢測(cè)器實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)。
表1 設(shè)定扭矩與實(shí)測(cè)扭矩
Table l Preset torque and measured torque
3．2 問(wèn)題分析
從上表中分析，第一次初裝時(shí)，實(shí)際扭矩大
于安全保護(hù)扭矩設(shè)定值5％ ～10％ 時(shí)起到了保護(hù)
效果。而后三次沒(méi)有達(dá)到設(shè)定扭矩，在小于設(shè)定
扭矩10％ ～40％ 時(shí)安全銷剪切，不在設(shè)定范圍
掌控中。為保證設(shè)定扭矩正常工作，采取加大液
壓設(shè)定壓力，結(jié)果沒(méi)有達(dá)到工作扭矩安全銷就已
經(jīng)剪切。根據(jù)其工作原理是通過(guò)高壓油鎖緊安全
聯(lián)軸器，摩擦力傳動(dòng)扭矩
M=r(FlS—F2)／x
式中， 為設(shè)定扭矩；r為摩擦面力矩半徑；F
為設(shè)定液壓壓力；S為油腔內(nèi)圓表面積；F2為中
問(wèn)軸套抗變形力； 為摩擦系數(shù)。
從公式中對(duì)每項(xiàng)分析，半徑r是常數(shù)，影
響扭矩因素主要是正壓力和摩擦系數(shù)，摩擦系
數(shù)是兩個(gè)接觸固體在外載荷作用下所形成的真
實(shí)接觸區(qū)內(nèi)作相對(duì)切向移動(dòng)時(shí)發(fā)生的能量逸散
過(guò)程。在液壓安全聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)中，忽略分子
粘附部分的摩擦力，主要考慮機(jī)械變形部分的
摩擦力。有一定屈服的金屬材料，其摩擦力與
表面面積無(wú)關(guān)。主傳動(dòng)接軸正反可逆運(yùn)動(dòng)，當(dāng)
合力位于摩擦錐內(nèi)，物體就不會(huì)滑動(dòng)。其材料
是鋼對(duì)鋼，摩擦系數(shù)0．35—0．40，不會(huì)發(fā)生大
的變化。正壓力是工作中設(shè)定。將安全聯(lián)軸器
拆開(kāi)后，檢查發(fā)現(xiàn)在帶法蘭軸套3與電機(jī)軸套
2之間的滑動(dòng)接觸面存在大量的潤(rùn)滑油，此潤(rùn)
· 74· 重型機(jī)械 2011 No．3
滑油是安全聯(lián)軸器內(nèi)部軸承潤(rùn)滑油，在安全銷
剪切以后，電機(jī)軸套2和帶法蘭中問(wèn)套3之間
摩擦面產(chǎn)生了相對(duì)滑動(dòng)，因此部分油進(jìn)入到摩
擦面。經(jīng)觀察帶法蘭軸套3和電機(jī)軸套2之間
的摩擦面并不是光滑的平面接觸，在電機(jī)軸套
徑向均勻分布微觀環(huán)狀溝槽，如圖2所示。由
于溝槽里面存有潤(rùn)滑油，在給軸套3施壓時(shí)，
油被強(qiáng)壓到溝槽(縫隙)里，溝槽在軸上形成封
閉腔，會(huì)存在一個(gè)沿徑向向外的反作用力，從
而抵消一部分輪轂(高壓油給)的正壓力。電機(jī)
軸套2雖然設(shè)計(jì)時(shí)有環(huán)狀溝槽(圖2)，但環(huán)距
比較大，加壓時(shí)不能完全消除電機(jī)軸套2和帶
法蘭軸套3加工制造中的微觀封閉腔上縫隙形
成的封閉腔，軸承潤(rùn)滑油在封閉縫隙中殘留，
抵消部分正壓力，故使用時(shí)不能達(dá)到設(shè)定的工
作扭矩。
圖2 電機(jī)軸套微觀環(huán)狀溝槽
Fig．2 Micro circular groove around motor sleeve
4 改進(jìn)措施
經(jīng)過(guò)以上分析，正壓力沒(méi)有完全施加到摩擦
面上的原因是電機(jī)軸套2和帶法蘭軸套3在加工
制造過(guò)程中存在微觀封閉腔。在電機(jī)軸套2圓周
面上加工了3個(gè)深3 mm的V型軸向溝槽(圖
3)，使電機(jī)軸套2上每個(gè)環(huán)狀溝槽相通，消除了
電機(jī)軸套2和帶法蘭軸套3之間微觀表面潤(rùn)滑油
形成的封閉腔，消除了摩擦面上的反作用力，使
給定壓力能完全傳遞到電機(jī)軸套上，使摩擦面上
得到有效的正壓力，正壓力與扭矩傳動(dòng)成正比
效果
圖3 改進(jìn)后的環(huán)狀溝槽
Fig．3 Modified cireular groove
5 使用效果
通過(guò)采取以上改進(jìn)措施并投入使用后，經(jīng)過(guò)
一年多的跟蹤觀察，安全聯(lián)軸器使用正常。改進(jìn)
后運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。
將表2的第5組數(shù)據(jù)與改進(jìn)前的數(shù)據(jù)相比，
工作扭矩：上軸扭矩為4 546 kNm，下軸扭矩為
4 824 kNm時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)安全銷剪切的情況，更沒(méi)
有出現(xiàn)扭矩小于4 000 kNm時(shí)安全銷剪切的情
況，而在改進(jìn)前，工作扭矩在4 500 kNm左右
時(shí)，安全銷剪切，在2 400 kNm也被剪切。與改
進(jìn)前相比，設(shè)定扭矩完全在掌控中，改進(jìn)后使用
效果良好。由于寬厚板軋機(jī)工況比較復(fù)雜，安全
聯(lián)軸器起到了非常關(guān)鍵的保護(hù)作用，避免事故
出現(xiàn)
表2 改進(jìn)后的工作扭矩
Table 2 Operating data of modified safe coupler
參考文獻(xiàn)：
[1] 聞邦椿．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M] 5版．北京：機(jī)械工
業(yè)出版社，2010．
[2] 范葉森，王三民，楊振，等．某渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子
系統(tǒng)穩(wěn)定裕度及其靈敏度分析[J]．燕山大學(xué)學(xué)
報(bào)，2010(5)：395—400．

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