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轧机联轴器安全销的结构优化

文档作者：焦自金王书雷文档来源：山钢股份莱芜分公司型钢厂		点击数：	更新时间： 2021年06月17日
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第35卷第1期
2013年2月
山 东
Shandong
冶 金
Metallurgy
V0l_35 No．1
February 2013
轧机联轴器安全销的结构优化
焦自金，王书雷
(山钢股份莱芜分公司型钢厂，山东莱芜271 104)
摘 要：莱钢中型线轧机传动系统安全联轴器的安全销存在材质、结构尺寸和装配精度等方面的设计和加工缺陷，使用寿
命较低。通过对安全销的强度校核，材质选用35CrMo，重新确定了安全销颈部直径，改善了尺寸精度和加工工艺，安全销使
用寿命提高到3个月，停机事故减少了50％。
关键词：轧机联轴器；安全销；材质；颈部直径
中图分类号：TG333 文献标识码：B 文章编号：1004—4620(2013)01—0075—01
1 前言 3 安全销结构优化
莱钢型钢厂中型型钢生产线的万能轧机是精轧
机的主体设备，其电机和减速机之间采用型号为
KSS447的安全销式鼓形齿联轴器(简称安全联轴
器)连接，其工作原理是通过装配在安全联轴器内齿
圈上的安全销的过载剪断功能，配合主电机的过载
保护系统，实现对轧机主传动系统的可靠保护。安
全销作为安全被剪断元件，具有一定的安全保护功
能，当设备超负荷运转时，能够瞬间剪断，以保护传
动系统的安全。同时安全销还必须具备稳定的可靠
性，避免在正常轧制过程中断裂，导致轧件堆钢等事
故的发生。在使用过程中发现，安全销频繁出现断
裂事故，平均使用寿命为1．5个月，对生产顺行造成
较大影响。结合安全销的工况，对安全销的强度进
行校核，并进行结构优化，消除了这一设备隐患。
2 安全销使用过程中出现的问题
安全销使用过程中出现以下问题：1)性能不稳
定。安全销安装投入使用初期可靠性较高，但随着
使用时间的延长(1个月以后)，产生疲劳裂纹并逐
渐扩展，导致可靠性降低，出现安全销频繁断裂现
象。2)安全销由于选材和热处理不当，强度和韧性
搭配不合理，使用过程中，材料在剪断截面上产生塑
性滑移变形，使其截面材料脆化而强度降低，最终导
致断裂。3)安全联轴器一般需要同时安装3根安全
销，共同承担传递扭矩的作用。在实际生产中，经常
出现3支安全销不同时受力的情况，逐个陆续迅速
断裂。4)由于材质、结构尺寸和装配精度等方面的
设计和加工缺陷，安全销的强度选择过分强调可靠
性，使其安全性能降低。
收稿日期：2012—07-02
作者简介：焦自金，男，1970年生，2009年毕业于中央广播电视大学
机械设计制造及其自动化专业。现为莱钢型钢厂机动科工程师，
从事设备管理工作。
3．1 联轴器的结构特点及工作参数
中型线精轧机组采用的是带槽销钉式安全联轴
器，与普通鼓形齿联轴器的区别是在联轴器的内齿
圈上配置有安全销孔，并有一侧的内齿圈被加工成
内外两部分的分体结构。装入安全销后，两半联轴
器被连接到一起，此时安全销代替铰孔螺栓并传递
扭矩。在生产中，当轧机的冲击负荷超过设定值时，
安全销断裂，安全联轴器的两半联轴器均啮合正常，
但两半联轴器脱离连接，过大的轧机冲击力不会对
轧机的主传动系统造成损坏。
安全销的主要参数：额定扭矩28 636 N·In；断裂
扭矩78 400 N·m；材质为45 钢调质处理，屈服强度
500 MPa，剪切强度561．5 MPa；计算剪应力311 MPa。
3．2 材料及热处理方法选择
由于实际工作过程中，轧机的冲击给安全销带
来的破坏作用非常大，因此要求材料的冲击韧性指
标和抗疲劳能力要比45 钢更加优异。经过综合试
验，并考虑其经济性等各方面因素，选择了35CrMo
作为替代材料。为进一步提升各项性能指标，采用
调质处理的方式，加热温度为850 oC，回火温度
550 oC，冷却方式采用油冷。材料性能参数为：屈服
强度800 MPa，剪切强度950 MPa，伸长率≥15％，收
缩率>／50％，冲击韧性I>65 J／cm2，硬度HB270。
3．3 安全销颈部直径的计算
安全销颈部是过载时安全销的断裂部位，颈部
直径即为安全销的工作直径。安全联轴器上共有6
个销孔，原始设计安全销的使用根数为3根，每隔1
个销孔安装1根安全销，这一设计即能保证安全销
传递扭矩的能力，又能最大程度使每根安全销受力
均匀。因此，按原设计使用3根安全销同时工作。
由于中型生产线进行新产品开发，对额定断裂扭矩
进行修订，确定其值为81 340 N·in。(下转第77页)
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邵书东等 轧机乳化液清洁度及轧后残留控制措施 2013年第1期
3 轧后板面乳化液残留控制
泰钢六辊HC可逆轧机自试生产以来，冷轧板
面残留大量的乳化液，在高速轧制时尤其突出。钢
带表面残留的乳化液在经过退火处理后，由于不能
完全挥发掉，在高温下与钢带发生氧化反应，形成
黑斑、黄斑等缺陷，成为影响产品质量的一大难
题。通过观察和分析，造成轧后乳化液残留的主要
因素是乳化液吹扫效果差、操作程序不规范、乳化
液喷溅、轧制板形不良。
3．1 提高乳化液吹扫效果
提高乳化液吹扫压力，达到0．65 MPa，增加侧吹
喷嘴，提高侧吹效果，减少钢带两侧板形不良区乳
化液残留。调整喷嘴的吹扫角度与钢带表面的夹
角约为45。。在短而有效的距离内形成多道严密
的气墙，达到吹尽板面残留乳化液的目的。
3．2 规范操作程序
对乳化液喷射与吹扫操作顺序进行调整。在
本道次钢带尾部降速停止前提前关闭乳化液，并延
时30 s关闭吹扫装置；下一道次轧制前，提前打开压
缩空气进行吹扫，轧制结束后延时30 S关闭吹扫装
置，减少乳化液残留。
3．3 乳化液喷溅控制
轧机在高速生产过程中，除了因离心力作用而
使轧辊辊面的乳化液被甩飞溅外，中间辊及工作辊
的辊间同时会涌出大量的乳化液，导致钢带板面乳
化液残留。通过在轧机人口、出口牌坊间增加乳化
液喷溅的挡板，将喷溅的乳化液分流到轧机两侧，
减少钢带表面的喷溅量。
3．4 提高轧制板形质量
通过调整压下规程和工作辊的弯辊量，提高轧
后产品的板形质量，减少浪形区域乳化液残留。
4 控制效果
通过以上措施，乳化液的各项理化指标均满足
了生产工艺要求，冷轧钢带表面原来存在的黑斑、
黄斑缺陷大量减少，降级率由0．18％降至0，达到冷
轧钢带光亮洁白的效果，提高了冷轧钢带的质量。
(上接第75页)根据销钉式安全联轴器的销钉切槽
处的直径计算公式，确定安全销颈部直径为(18．2±
0．05)mm。
3．4 加工精度和加工工艺
影响安全销尺寸精度和表面质量的主要因素有
加工精度、位置精度及孔径精度。
1)安全销套的加工精度指安全销套与联轴器销
孔配合的外径尺寸精度和安全销套与安全销配合的
内径尺寸精度。如果2个尺寸精度差、公差大，将会
造成销套与销子和联轴器孔配合不好，出现安全销
不同时受力的情况。因此，必须依据安全销套工作
尺寸的公差大小确定安全销的尺寸公差。
2)6个联轴器销孔的位置精度(分度精度和定
位精度)和孔径精度。两半联轴器的6个销孔的位
置精度如果较差，将会使两半联轴器销孔定位后的
同轴度发生偏移，造成其销孔的实际作用尺寸变小，
影响其同时承受载荷的能力。由于1套联轴器上的
销孔都是配钻配铰的，只有在安装安全销时注意保
持联轴器的连接位置正确，才能避免由于精度差对
安全销使用造成的不良影响。对安全销套实施选配
法提高孔径精度。
3)材料的弹性变形量的大小和抗疲劳能力。安
●<>●o ●—C>●—0 ●0 ●◇ ●—：0 ，●-C '●0 ●0 ●◇
全销、安全销套、联轴器的材质确定后，其弹性模量
为定值。安全销安装后由于尺寸精度造成的接触精
度不一致会通过材料的弹性变形来消除。
4)~nm精度的确定和加工工艺的安排。通过对
以上的各相关因素的分析，对安全销相关参数进行
了现场实际检测，考虑到安全销的加工经济性，制定
安全销的加工工艺：锻造棒料一粗车一热处理一精
磨。安全销的加工精度，表面粗糙度要求Ra6．3，配
合直径的尺寸精度24(25)m-0．o0s42s。同时为了消除安全
销颈部的应力集中，加大了该部位的 值，取1
mm。为防止在切断时安全销的断面不整齐，使两侧
的半联轴器不能及时脱离连接，将安全销颈部的宽
度尺寸确定为2 mm。
4 应用效果
通过对安全销结构和性能的技术优化，提高了
安全销的使用寿命和工作可靠性。根据1 a的数据
统计，优化后的安全销使用寿命比优化前提高1倍，
平均使用寿命达到3个月。在使用过程中，通过定
期更换等维护手段，因安全销断裂造成的设备停机
事故减少了50％，保证了生产的稳定顺行。
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