卷取机外支撑偏心销轴外齿磨损分析及优化方案

0 引言

2250 热轧生产线是一种用于生产热轧钢卷的产线，年设计能力 450 万至550 万吨热轧钢卷。主要生产厚度在 ，宽度为 800-2130mm 的钢板。主要设备有加热炉、粗轧机、精轧机、层流冷却系统、卷取机等。

热轧出口卷取区域主要有夹送辊、卷取机、卸卷小车、钢卷提升车等主要设备组成。而卷取机为重中之重，起着把过钢通道上的钢板卷成钢卷的功能，卷取机又是由摆臂、芯轴、外支撑、助卷辊等部件组成。外支撑主要用于支撑和固定卷取机芯轴部件，在高负荷、高摩擦且不断由冷却水浇在外支撑的偏心销轴的工作环境中，外支撑偏心销与之配合的压板齿间磨损很快，平均新品上机到失效只需要6 个月的时间。判定失效的方式就是依据图纸要求使用塞尺测量内外齿的间隙，如果大约 3mm 直接下机报废。下机后检查偏心销轴外齿磨耗变薄变低，甚至严重者齿都已经磨断磨平了，且外表面全是铁锈和铁末。从刚上机的过渡配合到使用一段时间后变为了间隙配合，外支撑在抱芯轴时，左右两侧精度不同、芯轴受力不同导致卷取机生产时出现错层和抽芯等质量问题的发生，这也是卷取机在卷钢时，外支撑前后晃动的主要原因。

磨损的主要原因包括：长时间的连续运行导致材料疲劳；工作中的冷却水及灰尘杂志进入压板齿内加速磨损；此外本偏心销的材料硬度和耐磨性也会影响磨损的程度。究其根源，本问题发生主要因为供货商的备件材料不合格，未按照图纸材料进行加工，导致使用寿命过短。同时还有一个关键的问题就是偏心销的外齿与内齿啮合处是干摩擦，并没有润滑脂对其进行有效润滑，形成一层油膜，这也是本机构设计的一个盲区。针对此问题，同班组成员进行反复研究图纸，在偏心销外齿中间部位改造了一周 360°的 3mm 的干油槽，保证了齿间的润滑。由干摩擦转变为了湿摩擦，摩擦力变小了，磨损量自然而然地也就变慢了。经过改良以后，外支撑偏心销的使用寿命由原来的 6 个月延长至 12—15个月，达到了延长备件使用寿命的目的，为公司的降本增效贡献了团队的智慧。

1 机上原本偏心销轴外齿磨损问题分析

1.1 备件材料方向—硬度、强度无法保证

随着现在钢铁行业的形势严峻，各企业都在响应降低成本、提高效益的指令，针对产线的备件费用不断压缩，自然而然无论从产品的做工还是材质的选用都于图纸规定的要求有了改变。就该偏心销及压板一整套而言，图纸要求以X20Cr13VII 材质制作。而于上游的制造供货商沟通得知，直接采用钢水浇筑成形后在外表面镀锌防腐蚀，所提供的备件于图纸要求有较大出入，粗糙度均不满足。以下是图纸要求的材质：

1.2 关键问题是偏心销的内齿、外齿相结合处是干摩擦

图中一、二是本偏心销外齿和压板在改造前的原图纸，图中三是下机磨耗的实物图，由图可见未改造之前，磨损偏心轴外齿明显变薄。图四是上机前的新品备件，图三图四对比便可一目了然。原设计中两齿相接触为干摩擦，干摩擦学术定义为固体与固体之间直接接触，而且两个物体越粗糙，相互的摩擦力也就越大。磨损量也就同比越快，这一原因的发现就可以直接回答为什么只要偏心销外齿一旦磨损量大于 3mm 时，外支撑臂和芯轴支撑轴承就会左右晃动。原设计偏心销外齿与压板内齿啮合是过渡配合，磨损加剧以后变为了齿与齿间成为了间隙配合。

图一

图二

图三

图四

2 改进措施

2.1 设计思路

因备件费用紧张，在无法提升备件材质的背景下，与技术团队主动攻克第二大问题，如何使齿间接触由干摩擦变为湿摩擦。顾名思义，湿摩擦力明显小于干摩擦力，湿摩擦属于固体和液体之间的摩擦。在固定之间涂上一层润滑油，就能减少摩擦力，使其运行更为顺畅。团队集思广益，与生产厂家联系后，从偏心销外齿与配和的压盖内齿为改造点，都在其齿的中间部位进行加工成一周 3mm 干油槽，在压盖上表面钻孔使用1/4 的接头连接外支撑的干油分配器。使其持续供油，保证齿与齿之间的润滑，顺利的完成了从干摩擦到湿摩擦的转变。改造前、改造后如下图所示：

图五是改造前的偏心销轴压板，图六是改造后的，在原来的压板基础上，上、下两个表面加工出了1/4 的丝孔，用以连接外支撑的干油支管路。图七图八是现场备件实物图。

3 主要技术效果和经济效益

3.1 技术效果

首先在2024 年热轧厂 5 月份年度大检修时，对其 1#卷取机外支撑臂的偏心销进行了改造，入口和出口外支撑各有两件偏心销，本次共更换了2 对4 件偏心销，对每一对都加装了干油管进行润滑。因在 2025 年 7 月有质量管控员反应，1#卷取机外支撑偶尔晃动，且钢卷有错层迹象。在对其进行检修下机更换，下机以后检查发现偏心销外齿磨损量大大小于未改造之前的磨损量，且齿间没有铁锈和铁末，达到了预期的使用效果。大大的提高了外支撑对中包芯轴的精度，在日常工作中也免于维护提高了备件的使用寿命，降低了质量事故的发生率，创造了钢铁行业热轧偏心销的先河。

设计改造成本低且经济耐用，省时便捷年减少更换偏心销带压板6 套，共 12 件。减轻了工人的劳动强度，提高了生产设备的效率，创造了可观的经济效益，也替代了以前每逢定修需要在齿间手动涂抹润滑脂的工作量。

3.2 主要经济效益

通过改造以后，减少了更换偏心销6 套，每一套都需要 12 小时定修才能完成。每人平均人工费20 元/h，每年减少人工更换 6 次，更换 1 次需 4 人， 4×20×12×6=5760 元。节省备件费用 6 套，每一套为 3000 元，共计 1.8 万元。每月可减少因外支撑晃动出现钢卷质量大约5 卷，每年可减少出现 60卷质量钢卷的产生。每一卷的重量大约为 20⑭ ，每吨钢的利润为80 元。 60×20×80=9.6 万元。改造材料均为下游制造厂家替代加工，总投资0 万元。总计，每年为公司节能降耗节约 =11.976 万元。故效益额 11.976-0=11.976 万元。

4 结论

热轧卷取机新品备件上机后，在工作了一段时间由于部分外支撑臂相关零部件发生磨损，造成外支撑臂和芯轴支撑轴承左右晃动，严重影响钢卷卷形和产品成材质量。针对此问题，从磨损件入手，对外支撑偏心销进行了改良设计，延长了备件上机后的使用寿命，达到了预期的效果。减少了年维护次数，减少了钢卷错层，抽芯等质量问题的发生，提高了生产效率。

在未来的研究中，将继续深挖机械设备领域与生产工艺相结合，深耕科技创新，进一步优化机械系统性能，从而推动保障钢铁行业高质量发展。

参考文献

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作者简介 ：冯泽生，男，1998.01.17，河北省邯郸市邯山区，2021 年毕业于华北理工大学，学士学位，助理工程师河北省邯郸市复兴区复兴路 232 号，邮编 056000，主要从事冶金机械点检技术研究与优化方面工作