無鍵軸套配合新型拆裝方式的研究與實施-成果鑒定材料

1、.鑒定材料無鍵軸套配合新型拆裝方式的研究與實施負(fù)責(zé)單位：攀鋼集團(tuán)西昌鋼釩有限公司維修中心 二一六年十月目錄1前言12試驗12.1 利用液氮作為深度制冷劑，得出冷縮曲線系數(shù)表的試驗方法和技術(shù)路線12.2 采用高壓油泵軸套內(nèi)部注壓，得出膨脹曲線系數(shù)表的試驗方法和技術(shù)路線52.3 液壓輔助拆裝機(jī)構(gòu)試驗方法和技術(shù)路線83工業(yè)現(xiàn)場實踐情況94效益分析94.1經(jīng)濟(jì)效益95.2社會效益105項目的突破及創(chuàng)新點106結(jié)論10參考文獻(xiàn)10;鑒定材料：無鍵軸套配合新型拆裝方式的研究與實施1.前言無鍵軸套配合是一種傳動機(jī)械部件，即一種適用于軸孔連接的無鍵連接緊固裝置，通過過盈配合達(dá)到傳達(dá)扭矩的目的，工作中傳遞較大扭

2、矩時，不容易損壞部件。目前較精密的連續(xù)生產(chǎn)工藝設(shè)備中采用此類部件傳遞扭矩已經(jīng)普及化，無鍵軸套配合的裝配采用熱膨脹傳統(tǒng)方式裝配較為普遍，但熱拆裝已滿足不了特種設(shè)備的拆裝要求，拆除時受到較多的約束條件限制，目前國內(nèi)外主要推行冷拆、液壓方式拆裝，拆除成功率得到很大的提高，而且不損壞機(jī)械部件內(nèi)部接觸部位。2、現(xiàn)狀無鍵軸套配合運(yùn)用在軋鋼系統(tǒng)較為普遍，輥道系統(tǒng)、步進(jìn)梁銷軸、開卷機(jī)組聯(lián)軸器、活套電機(jī)接手、吊車車輪等多個部位，連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)檢修模式多為定修模式，需要定期更換輥道輥子、步進(jìn)梁銷軸、開卷機(jī)開蓋、電機(jī)解體、車輪更換等作業(yè)任務(wù)，勢必進(jìn)行的工作就是對以上配合部位的軸、套進(jìn)行拆裝。長期實踐證明，常規(guī)的錘擊、

3、加熱、頂升等方式拆除成功率較低，以至于進(jìn)行破壞性拆除，破壞性拆除恢復(fù)困難，極大的制約恢復(fù)生產(chǎn)所具備的條件，而且購置加急備件費(fèi)用成本較高。西昌鋼釩維修中心對此成立技術(shù)攻關(guān)組，對軋鋼系統(tǒng)無鍵軸套配合部位歸納，總結(jié)形成一套適合于各個配合部位的施工拆裝方法，以便快速針對相關(guān)部位實施拆除。2、液氮組裝方式研究與實施2.1液氮性能研究冷拆裝工藝是指在進(jìn)行拆裝作業(yè)時，將軸類零件冷卻至低于室溫的某一溫度后，再與處于室溫的孔類零件進(jìn)行拆裝的一種拆裝工藝。采用冷拆裝工藝對過盈配合進(jìn)行拆裝，必須保證軸徑尺寸在經(jīng)過冷卻介質(zhì)冷卻后小于處于室溫狀態(tài)下的孔徑尺寸，同時還要保證軸件在冷卻過程中其內(nèi)部組織不會發(fā)生質(zhì)的變化。實際

4、生產(chǎn)中，冷卻介質(zhì)常使用液氮或干冰，其原因是容易得到，價格便宜，生產(chǎn)成本低，另外氮氣是惰性氣體，揮發(fā)后沒有危險性；干冰揮發(fā)后為二氧化碳，也沒有任何危害性。干冰的冷卻溫度為-75，而液氮的冷卻溫度-196，當(dāng)采用的冷卻介質(zhì)溫度越低時，拆裝配件產(chǎn)生間隙就越大。目前，市場上常用液氮作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷拆裝工藝，因為用液氮作為冷卻介質(zhì)進(jìn)行冷拆裝工藝時，液氮既可以保證軸件的機(jī)械性能，又能保證軸件的拆裝要求，液氮的汽化溫度為-196，當(dāng)液氮與高于其汽化溫度的物件接觸時，會發(fā)生快速汽化，而且將其置于空氣中時也會很快速揮發(fā)，工藝流程簡單，易于操作。多數(shù)零件在液氮中冷卻達(dá)到-120以下，收縮變化量大，零件可輕松地出

5、入基孔，小尺寸的零件。只需一人就可以完成整個拆裝。冷拆裝相當(dāng)于對零件進(jìn)行了一次深冷處理(深冷處理又稱超低溫處理，是指在-130以下對材料進(jìn)行處理的一種方法，使鋼鐵的組織中所殘留的奧氏體變化為麻田散鐵的過程)，零件經(jīng)深冷處理后可獲得下列優(yōu)點:A、奧氏體降低，可使產(chǎn)品長久不變形；B、硬度增加及其平均化；C、提升機(jī)械的性能；D、尺寸安定化；E、增加著磁性；F、耐磨性增強(qiáng)。注：參照維修中心冷拆、冷裝檢修技術(shù)（液氮）的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2.2研究重點從2.1中可以得知液氮能夠使金屬在超低溫狀態(tài)下內(nèi)部組織不會發(fā)生質(zhì)的變化，且尺寸會發(fā)生收縮現(xiàn)象，鑒于液氮的該種性能，將其運(yùn)用到無鍵配合的軸套拆裝中研究的意義重大。現(xiàn)場

6、拆除過程，軸套配合緊密，外部液氮深度冷卻的同時，軸套尺寸都發(fā)生相應(yīng)變化，拆卸達(dá)不到預(yù)期的效果，實踐中常運(yùn)用液氮冷卻軸對部件進(jìn)行組裝。2.3液氮組裝2.4實踐結(jié)論3、高壓拆除方式研究與實施3.13.2.4、液壓機(jī)具的研究與實施4.14.25、2.1 利用液氮作為深度制冷劑，得出冷縮曲線系數(shù)表的試驗方法和技術(shù)路線2.1.1 試驗方法原理冷拆裝相當(dāng)于對零件進(jìn)行了一次深冷處理(深冷處理又稱超低溫處理，是指在-130以下對材料進(jìn)行處理的一種方法，使鋼鐵的組織中所殘留的奧氏體變化為麻田散鐵的過程)，零件經(jīng)深冷處理后可獲得下列優(yōu)點:奧氏體降低，可使產(chǎn)品長久不變形；硬度增加及其平均化；提升機(jī)械的性能；尺寸安定

7、化；耐磨性增強(qiáng)。2.1.2 操作流程1）液氮準(zhǔn)備；2）將需拆裝的套和軸放入準(zhǔn)備好的容器內(nèi)，用鐵絲將零件捆綁固定置于保溫桶內(nèi)，為保證冷卻介質(zhì)在零件內(nèi)外壁的良好流動性，零件不得與桶壁直接接觸；3）將液氮緩慢倒入保溫桶內(nèi)，傾倒時液氮應(yīng)順保溫桶邊緣注入，當(dāng)液面高于軸件時可停止；4）合蓋后待液氮全部汽化，觀察容器中零件的冷卻狀況，當(dāng)零件周圍無氣泡產(chǎn)生時，說明容器內(nèi)零件和液氮之間已經(jīng)達(dá)到熱平衡；5）持破布將冷凍的零件小心放入已清理干凈的拆裝孔內(nèi)，讓零件在空氣中自然升溫，等待幾分鐘后即可完成拆裝。2.1.3 試驗結(jié)果與討論 1）試驗溫度計算公式：T=T0（+b）/a·d(得到溫度為負(fù)值)式中：T0

8、室溫最大過盈量（mm）b冷凍時需要的間隙，一般取配合直徑的0.05%0.1%d被包容件外徑（mm）a零件線膨脹系數(shù)表:裝配間隙b配合直徑d（mm）50-100100-200200-300300-400400-500裝配間隙b(mm)0.050.10.150.20.25表:零件線膨脹系數(shù)金屬名稱元素符號線性熱膨脹系數(shù)金Au14.2銀Ag19.5銅Cu17.5鐵Fe12.2鉻Cr6.2錳Mn23.02）試驗冷凍時間確定：h=k·+（68）min式中：k同材料有關(guān)的綜合系數(shù)被凍零件的特性尺寸，即零件的最大斷面半徑或壁厚尺寸（mm）常用材料的綜合系數(shù)k(min/mm)零件材料黃銅青銅鋼鑄鐵液

9、態(tài)氮0.80.91.21.2冷凍時間是零件完全冷凍的時間，實際操作過程中由于零件配合的過盈量和冷卻劑的不同，不必要完全冷凍，可能和計算的時間不完全相同。3）實際測量結(jié)果假設(shè)在軸件冷卻操作時， 軸件冷卻后與液氮汽化溫度相同（-196），則根據(jù)物體熱脹冷縮的尺寸變化量的計算公式，實測直徑收縮量 mm。L=×T×L （公式）其中：物體材料的線膨脹系數(shù)。L：物體經(jīng)過熱脹冷縮后的尺寸變化量。L：物體某一尺寸在室溫時的實際尺寸，mm。T：即T=T1-T2，T1物體加熱或冷卻后的溫度，取軸件冷卻溫度為-196，T2室溫，室溫為20。表：冷卻曲線實測數(shù)據(jù)表試件號冷卻前直徑 mm冷卻到 -

10、30 時直徑收縮量 mm冷卻到 - 80 時直徑收縮量 mm冷卻到 - 196 時直徑收縮量 mm1600.030.060.132800.040.080.1731200.060.120.2641600.080.160.3551800.090.180.39根據(jù)冷卻曲線實測數(shù)據(jù)表繪制冷卻曲線圖圖：冷卻曲線圖在軸件冷卻操作時， 軸件冷卻后與液氮汽化溫度相同（-196），則根據(jù)物體熱脹冷縮實測直徑收縮量基本滿足=T×L/ L，由于室溫、環(huán)境變化等客觀因素，冷卻成近直線型曲線，但在實際對軸的冷卻安裝中完全能夠運(yùn)用。2.2 采用高壓油泵軸套內(nèi)部注壓，得出膨脹曲線系數(shù)表的試驗方法和技術(shù)路線2.2.

11、1 試驗方法原理軸套內(nèi)部注壓相當(dāng)于對零件進(jìn)行了一次膨脹處理，高壓油在軸與套油槽線內(nèi)部形成高壓區(qū)，高壓力作用在軸的外表及套的內(nèi)孔面上，以達(dá)到套膨脹的目的。得下列優(yōu)點:圓周內(nèi)整體膨脹，部件不變形；（2）實現(xiàn)軸套快速分離； 人員安全得到保證。2.2.2 操作流程1） 器具準(zhǔn)備到位：2） 高壓手動油泵及其附件準(zhǔn)備到位；3） 高壓油泵與軸套接口的連接；4） 搖動高壓油泵，將壓力油注入到軸套內(nèi)部油槽內(nèi)；5） 使用液壓拉馬、敲擊的等方式將軸、套分離，拆卸完成。2.2.3 試驗結(jié)果與討論 1）根據(jù)軸、孔材質(zhì)為鋼件的壓入力計算公式P=28(Dd)2-1iL(Dd)2式中：P為壓入力，i為過盈量，L為配合面長度（

12、mm）, D為孔的外徑，d為軸的外徑。 注：P壓出力=1.31.5壓入力當(dāng)注入高壓油時，高壓油在軸與套油槽線內(nèi)部形成高壓區(qū)，高壓力作用在軸的外表及套的內(nèi)孔面上，其膨脹值i公式如下：i=P(Dd)228(Dd)2-1L/1.5式中：i為直徑膨脹量，P為壓力， L為配合面長度（mm）, D為孔的外徑，d為軸的外徑。表：測量出不同壓力對軸、孔材質(zhì)為鋼件的軸套直徑膨脹量試件號軸直徑（mm）孔外徑(mm)配合長度(mm)500KN 直徑膨脹量1000KN 直徑膨脹量2000KN 直徑膨脹量1901301500.150.30.621001402000.120.240.4831101702000.110.2

13、20.4441502102400.10.210.4251802602400.090.190.38根據(jù)軸套直徑膨脹量繪制膨脹系數(shù)圖試驗結(jié)果幾乎完全滿足于i=P(Dd)228(Dd)2-1L/1.5，其圖形基本成線性。即注入高壓油時，高壓油在軸與套油槽線內(nèi)部形成高壓區(qū)，高壓力作用在軸的外表及套的內(nèi)孔面上，其膨脹值i與壓力P成一次曲線，其膨脹曲線系數(shù)（斜率）為(Dd)228(Dd)2-1L/1.5式中L為配合面長度（mm）,D為孔的外徑，d為軸的外徑。在實際無鍵軸套拆除過程中，根據(jù)過盈量，可以求出壓出力P，即為拆裝夾具用千斤頂壓出力和高壓注油壓力之和。要考慮的是高壓注油壓力局限于壓力油環(huán)面，當(dāng)其持續(xù)

14、增大時，也不能達(dá)到理想中的間隙配合。 2）根據(jù)軸、孔材質(zhì)為鋼件的壓入力計算公式P=42(Dd+0.3)iLDd+6.5式中：P為壓入力，i為過盈量，L為配合面長度（mm）, D為孔的外徑，d為軸的外徑。 注：P壓出力=1.31.5壓入力當(dāng)注入高壓油時，高壓油在軸與套油槽線內(nèi)部形成高壓區(qū)，高壓力作用在軸的外表及套的內(nèi)孔面上，其膨脹值i公式如下，對常用規(guī)格的軸套進(jìn)行實際測量如表:i=P（Dd+6.5）42(Dd+0.3)L/1.5式中：i為直徑膨脹量，P為壓力， L為配合面長度（mm）, D為孔的外徑，d為軸的外徑。表：測量出不同壓力對軸、孔材質(zhì)為鋼件的軸套直徑膨脹量試件號軸直徑（mm）孔外徑(m

15、m)配合長度(mm)500KN 直徑膨脹量1000KN 直徑膨脹量2000KN 直徑膨脹量1901301500.240.48/21001402000.180.360.7231101702000.170.350.7041502102400.150.300.6251802602400.150.300.60根據(jù)軸套直徑膨脹量繪制膨脹系數(shù)圖試驗結(jié)果幾乎完全滿足于i=P（Dd+6.5）42(Dd+0.3)L/1.5，其圖形成線性。即注入高壓油時，高壓油在軸與套油槽線內(nèi)部形成高壓區(qū)，高壓力作用在軸的外表及套的內(nèi)孔面上，其膨脹值i與壓力P成一次曲線，其膨脹曲線系數(shù)（斜率）為(Dd)228(Dd)2-1L/1

16、.5式中L為配合面長度（mm）,D為孔的外徑，d為軸的外徑。在實際無鍵軸套拆除過程中，根據(jù)過盈量，可以求出壓出力P，即為拆裝夾具用千斤頂壓出力和高壓注油壓力之和。要考慮的是高壓注油壓力局限于壓力油環(huán)面，當(dāng)其持續(xù)增大時，也不能達(dá)到理想中的間隙配合。2.3、液壓輔助拆裝機(jī)構(gòu)試驗方法和技術(shù)路線2.3.1 機(jī)構(gòu)車拆裝試驗方法原理1）液壓輔助拆裝機(jī)構(gòu)車體設(shè)計盡可能方便移動、吊裝；2）能夠在空間方位上實現(xiàn)調(diào)整控制。需要設(shè)置3-6個可移動部位及可旋轉(zhuǎn)部位；3）夾持工件部位穩(wěn)定性強(qiáng)，張緊力可以實現(xiàn)調(diào)整。2.3.2 操作流程1）啟動電源，實現(xiàn)相關(guān)動作；2）調(diào)整液壓輔助裝置，運(yùn)動至相應(yīng)位置，夾持工件穩(wěn)妥，完成拆卸

17、、組裝所需的動作。3）液壓機(jī)械裝置的設(shè)計原理圖見圖2.3.1圖2.3.1壓機(jī)械裝置的設(shè)計原理圖3工業(yè)現(xiàn)場實踐情況液壓輔助拆裝機(jī)構(gòu)車體設(shè)計盡可能方便移動、吊裝，能夠在空間方位上實現(xiàn)調(diào)整控制。圖4.1為開卷機(jī)、卷取機(jī)卷筒制作的液壓輔助拆裝機(jī)構(gòu)。圖4.1 液壓機(jī)械裝置實際運(yùn)用實例壓車輪+張力輥圖4效益分析4.1經(jīng)濟(jì)效益 5.2社會效益通過無鍵軸套配合新型拆裝方式的研究與實施，推動了冶金企業(yè)維檢產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程，對攀鋼維修技術(shù)具有直接的指導(dǎo)作用。對于我國工業(yè)化進(jìn)程，無鍵連接依靠摩擦力傳遞扭矩技術(shù)高速發(fā)展，對維修技術(shù)同步發(fā)展具有積極的推動，因此其推廣應(yīng)用前景良好。5項目的突破及創(chuàng)新點5.1 利用液氮作為深度制冷劑，得出冷縮曲線系數(shù)表，利用軸套內(nèi)部加壓槽，采用高壓油泵軸套內(nèi)部注壓，得出膨脹曲線系數(shù)表，液壓拆裝機(jī)構(gòu)輔