高线吐丝机振动值大原因分析及减振措施

高线吐丝机振动值大原因分析及减振措施

莫宇

柳州钢铁股份有限公司棒线型材厂 广西柳州 545002

摘 要：对高线吐丝机出现的部件松动、转子不平衡、轴承损坏等故障进行诊断和分析，总结出故障特征，并从多方面提出减振措施，从而提高吐丝机设备的运行稳定性。

关键词：高线吐丝机 振动值 减振措施

Causes Analysis of Vibration of High Speed Wire Rod Mill Laying Head And Reduction Measures

MO Yu

（Liuzhou Iron and Steel Company LTD Bar and Section Plant）

Abstract: This paper introduces the diagnosis and analysis of high speed wire rod mill laying head based on loose parts、out of balance、bearing damage，and propose vibration damping measures from various aspects，improve the stability of laying head.

Key words: high speed wire；Laying Head Vibration；Reduction Measures

1 前 言

吐丝机作为高线重要设备之一，作用是将高速线材转化为螺旋线圈，其运行的稳定性将直接影响生产线轧制节奏及产量。柳钢一、二高线均为进口摩根单高线，最高设计轧制线速度120m/s。根据金属秒流量相等原理，吐丝机转速需与线材轧制速度相匹配，要求吐丝机在电机转速为0-1240r/min的范围内能保持稳定运行。实际生产过程中，常常会因为吐丝机振动值超标而导致生产线被迫降速轧制甚至跳闸的情况。了解吐丝机的工作原理及振动来源，并采取相应减振措施，对生产顺行和提高线材产量有着极其重要的意义。

2 吐丝机的结构及工作原理

柳钢二高线吐丝机为摩根20°倾角卧式机型，其结构如图1所示：

图1 吐丝机结构图

1-入口定位轴承；2-箱体；3-输入轴伞齿轮；4-输出空心轴；5-浮动轴承；6-输出端大轴承；7-吐丝管；8-吐丝管支座；9-耐磨环；10-平衡偏导板；11-保护罩

工作原理为：吐丝机从夹送辊接过线材后，通过的螺旋吐丝管通道，将笔直的线材转化成连续不间断的螺旋线圈，并沿着圆周切线方向吐出，使其平稳地倾倒在斯太尔摩风冷辊道上。

3 影响吐丝机运行稳定性的因素

吐丝机运转时，除了本身空心轴组件的高速旋转以外，线材还将在吐丝管内受到精轧机的推力、周向运动的离心力、管子内壁的正压力以及滑动摩擦力的综合作用，这些综合因素都将体现成吐丝机的振动值参数。因此，振动值是评估吐丝机运行稳定与否的重要指标之一。

4 振动原因分析

在排除吐丝机箱体测振探头松动、测振线接触不良以及机旁测振系统较大测量误差等异常情况的前提下，引起吐丝机振动值大的原因主要有：

4.1刚性连接部位松动

吐丝机地脚螺杆紧固不到位，导致传动箱在高速运转过程中产生整体振动，当转速频率与设备固有频率达到一致时，极易产生共振现象，此时吐丝机主要体现为振动位移量幅值增大，且变化不定。吐丝管支座与传动箱空心轴连接螺杆松动，也会造成吐丝机振动值升高。

4.2平衡偏导板尺寸与安装误差

二高线吐丝机平衡偏导板由10副对称耐磨耐热合金制成，作用是将从吐丝管送出来的成型线材引导至出口，使其顺利吐丝。其装配要求高，平衡偏导板与吐丝管支座结合面不允许存在结渣，以便安装紧固螺杆后能严密贴合。二高线曾利用月度检修时间更换平衡偏导板，并检查下线的磨损情况，发现平衡偏导板工作面出现非正常的过钢磨损情况。耐磨环凹槽式的划痕以及偏导板外缘翻边痕迹，最终确认为两者直接接触产生摩擦，从而导致吐丝机振动值升高。

4.3吐丝管磨损严重

吐丝管按照阿基米德螺旋线弯制而成，大致可分为3段：（1）导入段，即直线段；（2）变形段，此段为曲率半径变化段，磨损最为严重，直接决定吐丝管的寿命；（3）稳定段，即定型段。二高线轧制规格多变，品种钢计划量多，如果吐丝管内壁磨损严重，线材高速通过后，在管内剧烈抖动，都会引起吐丝机振动值增大。同时二高轧制小规格不锈钢时，会偶然性出现芯部存在缺陷的烂钢，通过吐丝管后被拉断，引起堆钢，对吐丝管造成冲击，加剧磨损，导致后续轧制过程中吐丝机振动值升高。

4.4转子动不平衡

因吐丝机在使用过程中温度高，转子受热易变形，需要大量冷却水进行冷却。长期喷淋情况下，吐丝锥会出现氧化层不规则剥落现象，同时狭小部位容易结渣。吐丝锥本身结构存在不规则性，综合上述因素后，吐丝机转子易出现偏心惯性力，导致整体动不平衡，此原因也是引起吐丝机振动值大的主要原因之一,且不平衡量随着转速的升高而增大。

4.5滚动轴承故障

二高线吐丝机于2017年11月曾出现振动值异常偏高情况，噪声异常，齿轮箱出现异响，轧制8螺时尤为明显，调取在线监测系统频谱后发现：在频域幅值上，吐丝机输出轴垂直测点，测量频率为335.938Hz和328.125Hz处的幅值较高。与摩根型号为10214490的大轴承滚动体内、外圈特征频率354.749Hz和329.854Hz对应，且加速度幅值高达17.128m/s²，该幅值对于轴承特征频率来说已经严重超标，连续跟踪监测一个星期后，发现该幅值仍有明显上升趋势。反应出轴承对应的空心轴有不平衡因素，轴承处于交变载荷的工作状态，存在明显故障隐患，从而导致吐丝机振动值升高。下线开箱检查后发现与判断一致，10214490轴承保持架断裂，滚子打横。

图2 吐丝机10214490大轴承损坏情况

4.6检修装配质量

一高线吐丝机于2019年初开箱维修，所有磨损轴承均已更换，装配过程所有数据符合摩根标准，但仍无法消除振动值高的隐患，且多次维修无果。通过振动频谱分析，发现特征频率出现在输出轴转频及多倍频处，最终推断为输出轴定位轴承中心线与空心轴轴心线存在偏差、不同轴。随后经过仔细排查，发现定位端轴承套杯底面有凸点，为维修人员在拆卸旧轴承过程中敲击方法不当所致，最终造成新轴承安装后端面无法完全贴合套杯，导致吐丝机高速旋转时引起较大的振动。

5 现场采取的减振措施

5.1针对结构松动问题，可采取的减振措施有：（1）利用工艺改轧或月度检修时间每月至少对吐丝机箱体分箱面螺杆、地脚螺杆进行1次检查紧固，保证设备开机前处于稳固刚性连接状态；（2）吐丝管支座的连接螺杆严格按照摩根规定的520N/m力矩进行紧固，并刻画定位标记，每月定期检查是否存在松动迹象。

5.2针对平衡偏导板重量和安装问题，可采取的预防维护措施有：（1）对每批次到货的平衡偏导板备件进行严格称重配对，确保上线后不会因重量偏差造成吐丝机动不平衡现象；（2）制定平衡偏导板更换技术标准及作业标准指导文件，要求生产车间在更换磨损的平衡偏导板前，必须检查安装结合面，发现存在结渣必须使用铲刀及时清除，以保证安装贴合；（3）改轧小规格品种钢前对保护罩耐磨环间隙进行测量，保证偏导板顶部形成的圆环与吐丝罩耐磨环间隙保持在2.5-3.0mm范围内，避免出现轧制Φ6及以下规格品种时出现夹尾、打火花现象，影响吐丝机运行稳定性。

图3 摩根吐丝机耐磨环间隙标准

5.3针对吐丝管磨损问题，采取的维护措施有：由工艺技术科制定吐丝管备件到货验收标准，每种规格对应的更换周期。上线使用后严格定规格定量更换吐丝管。同时采购内窥镜、测厚仪等专业的检测工具，利用停机改轧时间对吐丝管内壁的磨损情况进行检查，发现超出标准范围后立即安排更换。

5.4针对转子动不平衡的问题，采取的预防维护措施有：（1）明确规定严禁通过外部供水实现附加的快速冷却(即人工接软管到吐丝管支座)，同时每次停机检修后保持吐丝机空载运转20分钟。禁止停机水冷，避免造成吐丝管支座、管夹的变形损坏、剥落和开裂，影响吐丝机预期的正常使用寿命；（2）对出现与空心轴转频一倍频一致的高幅值振动，必要情况下由厂内攻关组人员利用专业的本特利测振分析仪定期开展在线动平衡校正工作。

5.5针对吐丝机轴承运行问题，采取的预防维护措施有：（1）采购的出口端大轴承为德国进口FAG产品，上线前严格按照摩根验收手册对其径向游隙进行检测验收；（2）定期打开窥视孔检查轴承工况，及时更换出现隐患的10214490大轴承，同时全面检查箱体各零部件，严格按照摩根技术标准进行验收；（3）值班人员每班定期上传手持测振数据，依据设备网数据信息以及在线监测系统对频谱进行分析，提前发现劣化趋势，制定维修计划；（4）保证良好的润滑。润滑油的型号、清洁度、流量和压力等技术指标要符合说明书的要求，使轴承得到良好的润滑和冷却，以保证吐丝机转动平稳，不产生异常振动。

5.6针对维修质量问题，可采取的预防措施为：所有安装步骤及过程数据验收严格按照摩根技术要求的同时，提高维护人员技术水平和细节意识，关键步骤必须有专业技术人员、技术专家在场把控，同时针对吐丝机开箱维修的时间尽量避开夜班，确保维修人员有良好的精神状态开展工作，降低细节失误的风险。

6 效果验证

通过对高线吐丝机振动值偏高的多方面原因进行分析，并采取对应的减振措施后，自2018年12月至今，二高线吐丝机大轴承已经平稳运行一年零六个月，除了正常的初期磨损外，突发性故障已经得以消除，较往年一年一更换的使用寿命来对比，已经得到明显改善。

7 结语

吐丝机振动大的原因是由多方面因素共同引起的，利用在线监测和频谱分析手段，采取相应的减振措施，达到预知性维护和维修的目的，是现代化设备管理的发展趋势，将吐丝机振动值控制在标准范围内，能够极大提高线材作业率及产量，保障生产顺行。

参考文献

1 黄志坚.机械设备振动故障监测与诊断.2017.4

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