一種保護大齒輪齒面的新方法
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作者：鄭曉蒙
210 t轉(zhuǎn)爐傾動二次箱大齒輪齒面膠合原因分析及改進措施內(nèi)容簡介.
1 傾動減速機設(shè)計原理分析
遷鋼公司煉鋼作業(yè)部轉(zhuǎn)爐傾動裝置基本參數(shù)見表l。
全懸掛扭力桿平衡型式以及4點嚙合柔性驅(qū)動的傾動裝置是目前最通用、技術(shù)最成熟的轉(zhuǎn)爐傾動機構(gòu)。對于低速、重載減速機，設(shè)計上通常采用斜齒傳動。遷鋼公司煉鋼作業(yè)部5座轉(zhuǎn)爐傾動裝置的一次減速機均采用斜齒傳動方式。對于二次減速機，1，2號轉(zhuǎn)爐傾動采用斜齒傳動，可以提高縱向重合度，傳動平穩(wěn)，但存在一定軸向力；3—5號轉(zhuǎn)爐傾動采用直齒傳動，沒有軸向力。
在齒輪材料選擇方面，對于承載高和沖擊力大的齒輪傳動，一般選用滲碳淬火鋼。遷鋼公司煉鋼作業(yè)部5座轉(zhuǎn)爐傾動裝置的一次減速機所有齒輪以及二次減速機的小齒輪均采用滲碳淬火處理，齒輪的心部具有較好的韌性，表面經(jīng)硬化后產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，具有較強的抗點蝕和耐磨損性能。3～5號轉(zhuǎn)爐傾動大齒輪采用優(yōu)質(zhì)調(diào)質(zhì)鋼，適用于中低速齒輪傳動，制造成本低，強度和韌性較好，齒面硬度低，易于齒輪跑合，但不能充分發(fā)揮材料的承載能力；1，2號轉(zhuǎn)爐傾動大齒輪采用優(yōu)質(zhì)調(diào)質(zhì)鋼表面淬火處理，制造成本高，齒輪的心部具有較好的韌性，表面經(jīng)硬化后產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，具有較強的抗點蝕和耐磨損性能，提高了承載能力。
在正常工作傾動力矩、額定工作傾動力矩和事故工作傾動力矩情況下，以及按照電機額定功率和轉(zhuǎn)速，校算傾動裝置傳動系統(tǒng)的接觸強度安全系數(shù)和彎曲強度安全系數(shù)。在未進行任何修正的情況下，通過對傾動四級傳動進行計算校驗，從校算數(shù)據(jù)可以看出，在正常工作情況下，按照額定工作傾動力矩、電機額定功率及轉(zhuǎn)速校算傾動裝置傳動系統(tǒng)，其接觸強度安全系數(shù)和彎曲強度安全系數(shù)均符合要求。在事故工作傾動力矩情況下，傾動裝置傳動系統(tǒng)的彎曲強度安全系數(shù)符合要求，接觸強度安全系數(shù)偏低，但對其進行適當(dāng)修正后也能符合要求�？傮w上，5座轉(zhuǎn)爐傾動裝置設(shè)計校算合格。
需要說明的是，采用斜齒傳動和硬齒面接觸的四級傳動，無論是在工作狀態(tài)下、額定狀態(tài)下，還是事故狀態(tài)下，其接觸強度安全系數(shù)和彎曲強度安全系數(shù)都符合要求，并要高于直齒、中硬齒面的四級傳動的安全系數(shù)。在低速、重載的轉(zhuǎn)爐傾動傳動中，采用硬齒面斜齒傳動應(yīng)為優(yōu)選方案。
2轉(zhuǎn)爐傾動減速機實際使用狀況及現(xiàn)場檢測分析
為進一步分析轉(zhuǎn)爐傾動二次箱大齒輪齒面膠合的原因，對5座轉(zhuǎn)爐的煉鋼過程，包括出鋼前啟動、傾動至出鋼位置、出鋼前制動、出鋼過程中點動、出鋼后啟動和回轉(zhuǎn)復(fù)位等過程，篩選出部分實際運行數(shù)據(jù)。篩選數(shù)據(jù)過程中盡可能涵蓋出鋼的各個過程，并選取臨近點附近電機功率較大的運行數(shù)據(jù)作為代表，根據(jù)篩選出的運行數(shù)據(jù)及轉(zhuǎn)爐在實際運行過程中的電機電壓、電流和轉(zhuǎn)速分別計算出5座轉(zhuǎn)爐在實際運行時的電機功率以及傾動裝置傳動系統(tǒng)的實際工作力矩，并以此來校算傾動裝置傳動系統(tǒng)的接觸強度安全系數(shù)和彎曲強度安全系數(shù)。由實際運行數(shù)據(jù)和校算結(jié)果分析可知，轉(zhuǎn)爐在出鋼、出渣和兌廢鋼等正常傾動過程時，電機功率和實際工作力矩均處于正常范圍，5座轉(zhuǎn)爐的傾動裝置傳動系統(tǒng)的接觸強度安全系數(shù)和彎曲強度安全系數(shù)均較高，傳動校算合格，轉(zhuǎn)爐傾動裝置傳動系統(tǒng)工作正常。
1，2號轉(zhuǎn)爐在出鋼過程中的18個實際運行狀態(tài)中僅5個運行狀態(tài)校算后安全系數(shù)偏低，在電機功率、實際工作力矩適當(dāng)超出額定要求時，傾動裝置傳動系統(tǒng)仍然校算合格。但3—5號轉(zhuǎn)爐在出鋼過程中的20個實際工作狀態(tài)中僅4個運行狀態(tài)安全系數(shù)校算合格，其余16個運行狀態(tài)的安全系數(shù)偏低。由此可見，1，2號轉(zhuǎn)爐傾動裝置的承載能力較強，比3—5號轉(zhuǎn)爐傾動裝置更能滿足實際工況需求。
3大齒輪齒面膠合原因分析
通過對5座轉(zhuǎn)爐傾動裝置的設(shè)計對比和校算分析、實際工況使用情況下的校算分析以及實際檢測結(jié)果的校算分析，可將大齒輪齒面膠合原因歸納為以下4個方面：
1)相對于直齒、中硬齒面?zhèn)鲃佣�，斜齒、硬齒面?zhèn)鲃拥某休d能力強，接觸強度安全系數(shù)和彎曲強度安全系數(shù)高，更能滿足低速、重載的轉(zhuǎn)爐傾動裝置實際工況需求。
2)傾動裝置傳動系統(tǒng)的實際制造精度，包括齒部精度和熱處理工藝滿足性能的精度，對傾動裝置的承載能力和滿足實際工況需求的能力影響較大。
3)實際工況下的快速啟動、快速制動和點動以及電機功率和轉(zhuǎn)速的急劇變化均會形成較大的實際工作力矩，同時造成對傾動裝置傳動系統(tǒng)的沖擊，對傾動裝置的承載能力提出了更高要求。
4)基于傾動裝置傳動系統(tǒng)的中硬齒面，再加上實際工況下的快速啟動、快速制動和點動對中硬齒面的沖擊，造成了齒輪表面的損壞，形成了金屬絲狀物和金屬片狀物。
4改進措施
根據(jù)上述對5座轉(zhuǎn)爐傾動裝置傳動系統(tǒng)的分析，在盡可能不劇烈快速啟動和快速制動以及盡量減少點動等情況下，對3號轉(zhuǎn)爐傾動大齒輪進行改進�；谀壳稗D(zhuǎn)爐傾動實際情況，改進方案仍然采用直齒大齒輪，其基本參數(shù)與原設(shè)計基本一致，實現(xiàn)備件與目前傾動裝置的配套和互換使用。
方案1仍然采用調(diào)質(zhì)處理的中硬齒面，通過改變淬火和回火的溫度及時間，改善大齒輪的綜合力學(xué)性能，將大齒輪齒面的硬度提高到HB320~ 340。大齒輪齒面硬度提高后，在額定工作力矩情況下，大齒輪的接觸強度安全系數(shù)和彎曲強度安全系數(shù)明顯提高。采用此方案，在齒輪毛坯鍛造和粗加工調(diào)質(zhì)處理后，需進行大齒輪的整體焊接和退火，之后再直接加工和滾齒，制造周期相對較短，成本相對較低。
方案2采用硬齒面，首先對大齒輪整體調(diào)質(zhì)處理，使其硬度達(dá)到HB320左右，使齒輪的心部具有較好的韌性，之后再進行表面淬火硬化處理，使齒面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，提高齒面硬度及其抗點蝕性能和耐磨損性能。提高齒面硬度后，在額定工作力矩情況下，大齒輪的接觸強度安全系數(shù)和彎曲強度安全系數(shù)比中硬齒面有一定提高。采用此方案，首先需進行齒輪毛坯鍛造和粗加工調(diào)質(zhì)處理，之后進行大齒輪的整體焊接和退火，然后進行大齒輪的整體加工和滾齒，最后再進行表面淬火處理，以提高齒面硬度。因大齒輪直徑較大，故后期進行刮齒加工。此方案的制造周期相對較長，成本相對較高，但大齒輪的接觸強度安全系數(shù)和彎曲強度安全系數(shù)較高，心部綜合力學(xué)性能較好，齒面硬度相對較高，更適合于低速、重載和有一定沖擊力的轉(zhuǎn)爐傾動裝置。
中硬齒面齒輪和硬齒面齒輪基本參數(shù)的對比結(jié)果表明，中硬齒面齒輪和硬齒面齒輪都能滿足生產(chǎn)工藝要求。其中，中硬齒面齒輪加工周期短、成本低、同類設(shè)備普遍應(yīng)用；硬齒面齒輪力學(xué)性能與中硬齒面齒輪對比無明顯優(yōu)勢，且加工周期長、成本高、同類設(shè)備應(yīng)用較少。3號轉(zhuǎn)爐新的大齒輪備件采用了中硬齒面的制造工藝。
5 評述,
采用新工藝制造的中硬齒面的二次箱大齒輪在3號轉(zhuǎn)爐傾動裝置傳動系統(tǒng)使用3年后，齒面接觸良好，運行狀況正常，說明改變淬火和回火的溫度和時間，使齒面硬度達(dá)到HB310~350，可明顯改善大齒輪的綜合力學(xué)性能，延長其使用壽命。
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