高線生產(chǎn)線吐絲機機械振動超標的問題探究
2023-06-20摘 要：對高線生產(chǎn)線吐絲機常見的幾種機械故障問題進行分析，并提出相關(guān)的優(yōu)化和解決的技術(shù)措施。通過規(guī)范設(shè)備安裝步驟、加強設(shè)備日常維護以及對設(shè)備進行潤滑及降溫等優(yōu)化措施，可在一定程度上減少設(shè)備的機械振動和磨損，從而減少設(shè)備故障發(fā)生概率，延長設(shè)備的使用壽命。
關(guān)鍵詞：高線生產(chǎn)線；吐絲機；機械故障
引言
吐絲機是高速線材生產(chǎn)線中的關(guān)鍵設(shè)備，位于精軋機后的水冷段與散卷運輸機之間。吐絲機在高速工作狀態(tài)下，吐絲速度可達到110～160m/s，其出口處溫度可高達600℃以上。在高速旋轉(zhuǎn)以及高溫工況下，吐絲機難免會出現(xiàn)機械故障問題。比較常見的機械故障問題有振動超標、吐絲盤磨損和軸承失效等，這些機械故障問題都會對吐絲機的正常運行以及線圈產(chǎn)品質(zhì)量帶來影響。通過實施合理的優(yōu)化措施，可在一定程度上減少設(shè)備的機械振動和磨損，從而減少設(shè)備故障發(fā)生概率。
1 吐絲機的工作原理和吐絲過程分析
1.1吐絲機的工作原理
吐絲機是高線生產(chǎn)線的核心設(shè)備之一，主要用于各種直徑規(guī)格線圈的生產(chǎn)。邯鋼高速線材生產(chǎn)線引進英國ASHLOW吐絲機，該吐絲機為臥式結(jié)構(gòu)，直徑為1075mm，水平角度為20°，并帶有頭部定位和震蕩功能，保證線圈螺旋質(zhì)量，可調(diào)整集卷長度，便于對線圈產(chǎn)品的集圈、打捆。吐絲機主要由電動機、吐絲盤、吐絲管、傳動裝置、空心軸以及軸承座等部分組成。吐絲機的基本工作原理是利用高速旋轉(zhuǎn)下的離心力作用，對精軋機軋制出的線材進行再加工，使之成為一定直徑規(guī)格的連續(xù)不斷的線圈產(chǎn)品。吐絲機的空心軸在電動機和增速機的帶動下，進行高速旋轉(zhuǎn)。高速精軋機軋的線材通過導(dǎo)管和夾送輥送至吐絲機空心軸內(nèi)，高速轉(zhuǎn)動的空心軸同時帶動固定于空心軸上的吐絲盤和吐絲管高速旋轉(zhuǎn)。而進入到空心軸內(nèi)的線材則會在高速旋轉(zhuǎn)的吐絲盤和吐絲管的離心力作用下，沿著空心軸的圓周切線方向吐出，吐出的線圈在螺旋狀吐絲盤的助推作用下，呈圓圈盤疊的線材被逐漸推向和傾倒在運行的運輸機上，形成連續(xù)不間斷的線圈。
1.2吐絲機在吐絲過程中的受力分析
在吐絲機空心軸高速轉(zhuǎn)動的過程中，線材在吐絲管內(nèi)作相對滑動。在相對運動的慣性、離心力以及線材與吐絲管摩擦力的共同作用下，原本呈直線運動的線材會按照一定的曲率逐漸彎曲成線圈狀，并平穩(wěn)、均勻地傾倒在風(fēng)冷輥道上。在吐絲機工作的過程中，吐絲機主要受到吐絲盤對線材的推動力及摩擦力、吐絲管對線材的摩擦力、吐絲管高速旋轉(zhuǎn)的離心力以及軋機夾送輥與線材之間的摩擦力。在吐絲機理想的受力狀態(tài)下，吐絲盤與線材之間不存在任何摩擦，吐絲盤對線材也不存在推動力。吐絲管對線材的離心力、夾送輥對線材的摩擦力和吐絲管對線材的摩擦力等幾種作用力達到一種理想的平衡狀態(tài)，并且線材與吐絲管之間的摩擦力沿著吐絲管垂直切面均勻分布，使吐絲管內(nèi)壁均勻磨損。但在實際運行中，由于夾送輥和吐絲盤對線材推送力以及相互間摩擦力的存在，特別是在夾送輥輸送動力消失之后，線材的受力狀態(tài)發(fā)生很大變化，原有的受力平衡被打破，繼而會產(chǎn)生各種各樣的不均勻磨損，吐絲機正常的吐絲狀態(tài)也會被改變，產(chǎn)生大小圈或引起事故。
2 吐絲機振動超標的原因分析
由于強大的離心力作用，吐絲機在運行中出現(xiàn)振動現(xiàn)象難以避免。吐絲機的吐絲盤、吐絲管等部件之間，主要由高強度螺栓、管夾等固定。吐絲機的振動超標的根本原因是由于緊固件松動、機械部件磨損而打破了機械動平衡。
2.1吐絲盤變形嚴重
在吐絲機運行時，吐絲盤與線材之間存在著一定的摩擦力。在這種摩擦力的作用下，會逐漸導(dǎo)致吐絲盤磨損變形。當(dāng)吐絲盤發(fā)生嚴重變形時，由于盤面已不再平整，盤上纏繞的線圈在與盤面接觸時會導(dǎo)致嚴重的彈跳現(xiàn)象。同時，由于吐絲盤外圓面的磨損變形，使其在高速旋轉(zhuǎn)時會帶動周邊的空氣形成較為強烈的氣流和空氣波動，造成吐絲機異常振動。另外，吐絲機線圈的變形程度與吐絲溫度存在一定的相關(guān)性，吐絲溫度越高，則吐絲機線圈變形越嚴重[1]。
2.2吐絲管內(nèi)壁磨損嚴重
吐絲管內(nèi)壁長時間與高溫吐絲摩擦接觸，容易產(chǎn)生過量磨損、異常磨損。過量磨損一般都是在正常的磨損狀態(tài)下，由于吐絲管生產(chǎn)線材質(zhì)量過大或者是長時間反復(fù)磨損而導(dǎo)致吐絲管內(nèi)壁磨損超限。這種磨損現(xiàn)象多發(fā)生于規(guī)模較小但較為頻繁的生產(chǎn)過程。異常磨損是在連續(xù)生產(chǎn)不同規(guī)格線材的情況下，由于吐絲直徑規(guī)格不同、吐絲速度不一等原因，而導(dǎo)致的吐絲管內(nèi)壁不同程度的磨損。異常磨損主要表現(xiàn)為吐絲管內(nèi)壁截面呈“Ｗ”形。當(dāng)吐絲管內(nèi)壁嚴重磨損時，線材在吐絲機內(nèi)的軌跡容易出現(xiàn)比較嚴重的偏移現(xiàn)象。這樣不僅會導(dǎo)致線材卷的形狀不合格，影響到吐絲產(chǎn)品質(zhì)量，而且也會加劇設(shè)備的振動與磨損[2]。
2.3吐絲機出?處托板位置偏移
吐絲機工作時，線圈會與吐絲機出口處托板產(chǎn)生一定的摩擦，以保證線圈出吐絲機后能夠與下一個生產(chǎn)階段良好銜接。但磨損問題會導(dǎo)致吐絲機出口處的托板位置發(fā)生偏移，使托板位置過高或是過低。如果托板位置過低，會影響線圈翻轉(zhuǎn)。如果托板位置過高，則會影響線圈進入到下一生產(chǎn)階段，導(dǎo)致線圈在托板上出現(xiàn)彈跳。此外，托板位置偏移還會影響到線圈的形狀，使其向較低的部位偏轉(zhuǎn)，不利于線圈產(chǎn)品質(zhì)量。
2.4導(dǎo)致吐絲機振動超標的其他原因
吐絲機生產(chǎn)連續(xù)性較強，且長時間處于高溫磨損的工況環(huán)境下。這一特點也導(dǎo)致吐絲機在工作時容易出現(xiàn)磨損加劇乃至熱變形的問題，并導(dǎo)致吐絲機失去原有的動平衡出現(xiàn)異常振動。此外，高線生產(chǎn)線上的線材在較大的動能作用下還具有較強的沖擊作用。若吐絲機剛性較大且不能根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏調(diào)整自身形變，也會導(dǎo)致吐絲機振動超標。
3 降低吐絲機減震的措施
3.1規(guī)范設(shè)備安裝步驟
規(guī)范嚴謹?shù)陌惭b是保證吐絲機平穩(wěn)運行和避免吐絲機異常振動的根本要旨[3]。這就需要設(shè)備安裝人員在安裝設(shè)備時必須規(guī)范操作，保證吐絲盤、吐絲管等部件的安裝精度。在安裝吐絲管時，應(yīng)保證管口中心與吐絲機外圓盤盤面間距不小于28cm，以確保在設(shè)備運行時避免外圓盤面與線圈接觸和磨損，防止因此而產(chǎn)生的振動超標。在設(shè)備安裝時，還要確保各部件（特別是一些轉(zhuǎn)動部件）牢固結(jié)合，吐絲機外圓盤上座管與吐絲管必須保證各部件相互吻合，如不能吻合，則應(yīng)更換其他吐絲管進行安裝，切忌采用強制措施。
3.2加強設(shè)備日常維護
設(shè)備的日常維護是降低磨損和振動、保證設(shè)備機械良好運行的關(guān)鍵。首先，應(yīng)做好對吐絲機振動值的實時監(jiān)測，密切關(guān)注其振動情況。當(dāng)振動值超過8mm/s時，應(yīng)檢查設(shè)備，并對吐絲機轉(zhuǎn)子的動態(tài)平衡進行重新調(diào)節(jié)，以有效控制其振動，防止振動增大。其次，根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏和設(shè)備運行情況，每隔幾天對吐絲機外圓盤保護罩與外圓盤之間的間隙進行檢查測量，并將測量值與正常標準值進行比對。如果該間隙水平超過3mm，說明兩者間隙過大，可能引起振動超標，需要及時對外圓盤的偏心量進行修復(fù)性調(diào)整，并重新設(shè)定吐絲機的動力平衡。第三，如果檢查發(fā)現(xiàn)吐絲管使用周期已達到規(guī)定年限，應(yīng)更換吐絲管。更換后要檢測吐絲機的振動值，并采取調(diào)整措施，保證設(shè)備的動平衡，將吐絲機振動水平降至。
3.3做好對設(shè)備的潤滑及降溫
良好的潤滑是保證機械設(shè)備平順運行和消除不良磨損的重要措施。應(yīng)根據(jù)吐絲機的型號和使用要求，選用高溫黏性的潤滑油，對吐絲機軸承等部位進行潤滑維護，確保軸承得到良好的潤滑，提高吐絲機運行的穩(wěn)定性。另外，為了防止設(shè)備運行時溫度過高而導(dǎo)致的線圈變形、潤滑失效等問題，還應(yīng)配置相應(yīng)的冷卻降溫設(shè)施，防止設(shè)備過熱。實際操作過程中，多采用水冷降溫。使用時，應(yīng)注意冷卻水的清潔度以及pH值，避免對設(shè)備造成腐蝕和污染。合理設(shè)置冷卻水流量和壓力，保證良好的冷卻效果。
參考文獻
[1]王文彬.高線吐絲機振動原因分析及預(yù)防措施[J].安徽冶金，2019（3）：16-17.
[2]肖國偉.高線吐絲機故障原因分析及控制措施[J].天津冶金，2015（6）：49-52.
[3]吳海樂.高速線材廠吐絲機振動原因分析及對策[J].南鋼科技與管理，2016（4）：65.
（來源：鋼鐵交流）
