熱連軋精軋機(jī)組降低軋輥軸承消耗措施探討

張志廣

(敬業(yè)鋼鐵有限公司 板卷廠， 河北 石家莊 050400)

0 前言

敬業(yè)1250熱軋帶鋼生產(chǎn)線精軋機(jī)組由F1E立輥軋機(jī)及7架四輥軋機(jī)組成，自投產(chǎn)以來(lái)頻繁出現(xiàn)軋輥軸承非正常損壞，由此引發(fā)的設(shè)備停車可達(dá)6～10小時(shí)/月，嚴(yán)重影響軋機(jī)的生產(chǎn)效率及生產(chǎn)成本。

1 精軋機(jī)組軋輥軸承的配置及工況

F1E立輥軋機(jī)最大軋制力1 000 kN，單邊最大壓下量5 mm，操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)立輥對(duì)稱布置，立輥上下兩端均選用雙列圓錐滾子軸承。F1-F7軋機(jī)最大軋制力20 000 kN,F7出口速度最大15 m/s。工作輥固定端采用四列圓錐滾子軸承加推力調(diào)心滾子軸承形式，自由端安裝四列圓錐滾子軸承；支承輥兩端均采用四列圓柱滾子軸承加雙列圓錐滾子軸承配置。所有軸承均采用人工添加干油脂的方式潤(rùn)滑。工作輥和支承輥在線下注油完成后再上線，F(xiàn)1E立輥每6小時(shí)在線注油一次。

2 軸承損壞原因分析

2.1 FIE立輥軸承

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)軸承損壞情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及拆箱檢查發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)1E立輥軸承損壞主要集中在下軸承箱，并且箱內(nèi)普遍有明顯進(jìn)水現(xiàn)象，部分滾珠已出現(xiàn)銹跡。針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)軸承箱密封裝置進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)前如圖1a所示，肩環(huán)由軸承透蓋間的徑向間隙為10 mm，軸向間隙為40 mm。改進(jìn)后如圖1b所示,把合螺栓由外六角改為內(nèi)六角，使肩環(huán)與軸承透蓋間的徑向間隙由10 mm縮小為2 mm,軸向間隙由40 mm縮小為3 mm；新增了排水孔和擋水環(huán)，使通過(guò)水封的冷卻水可以及時(shí)排出箱外，同時(shí)，調(diào)整下軸承箱注油周期為3小時(shí)。另外，根據(jù)F1E立輥對(duì)稱布置的特點(diǎn)，定期互換操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)軸承箱上線位置，以減少軸承外圈的非均勻磨損。通過(guò)上述改進(jìn)使下軸承箱的密封效果得到了明顯改善，一年以來(lái)軸承未發(fā)生損壞現(xiàn)象。

圖1 F1E立輥軸承箱密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)對(duì)比圖

2.2 工作輥軸承

工作輥軸承損壞主要為固定端推力調(diào)心滾子軸承，并且多次出現(xiàn)軋機(jī)操作側(cè)卡板螺栓斷裂現(xiàn)象，而操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)的四列圓柱滾子軸承基本無(wú)損壞；檢查箱內(nèi)潤(rùn)滑脂基本正常。因此可以斷定軋制過(guò)程中軸向力過(guò)大，超出推力軸承的額定載荷為軸承損壞的主要原因。針對(duì)此問(wèn)題，從減小軸向力和增大軸承的承載能力兩方面著手解決。

一方面，通過(guò)吊垂線定期對(duì)牌坊的窗口找正、利用框式水平儀嚴(yán)格控制下支承輥水平，避免軋制過(guò)程中軸向力過(guò)大；另一方面，對(duì)操作側(cè)承載軸向力軸承重新選型，將29348型推力調(diào)心輥?zhàn)虞S承更換為370640型大錐角雙列圓錐輥?zhàn)虞S承，額定軸向承載能力Ca1由1 580 kN提高至2 001 kN，軸承的理論使用壽命可延長(zhǎng)2.2倍左右，同時(shí)也便于裝配工調(diào)整軸向游隙。改造前后的軸承座裝配如圖2所示。

針對(duì)卡板螺栓容易斷現(xiàn)象，本文將把合螺栓由原來(lái)45鋼調(diào)質(zhì)處理，改為42CrMo表面磷化處理，同時(shí)優(yōu)化卡板結(jié)構(gòu)增大其承載能力，卡板改造前后結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖3所示，改造后承載能力提升至原來(lái)的5倍左右，杜絕了由此引發(fā)的廢鋼及其它次生事故。

圖2 工作輥直推軸承改進(jìn)前后對(duì)比圖

圖3 卡板機(jī)構(gòu)優(yōu)化前后對(duì)比圖

2.3 支承輥軸承

支承輥軸承損壞主要發(fā)生在下輥，固定端和和自由端發(fā)生損壞的概率基本相同。損壞部位集中在四列圓柱滾子軸承靠近軋制中心線的一列，兩端的雙列圓錐滾子軸承亦時(shí)有損壞。下輥拆箱后發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)均有比較嚴(yán)重進(jìn)水現(xiàn)象、軸承透蓋與軋輥肩環(huán)徑向配合面下方有明顯磨損，在正下方最為嚴(yán)重，向兩側(cè)逐漸減輕，宮型密封軸向方向上有卷邊、燒傷現(xiàn)象如圖4所示。通過(guò)現(xiàn)象分析，可以斷定支承輥軸承損壞的主要原因?yàn)椋狠S承偏載和軸承座密封性能差，導(dǎo)致潤(rùn)滑不良。

圖4 軸承透蓋與肩環(huán)干涉圖

支承輥下軸承座底部裙口為倒“凹”字型，換輥小車底座與軸承座接觸部位為“凸”字型，二者之間裝有標(biāo)高調(diào)整墊板，換輥時(shí)，軸承座下方的的弧面墊落在調(diào)整墊板上，通過(guò)液壓缸推入軋機(jī)。軸承座的調(diào)心機(jī)構(gòu)為“弧面墊-平板”式。原設(shè)計(jì)軸承座底部裙口與換輥小車底座的配合間隙為1 mm(單邊)，換輥小車兩側(cè)鞍座中心線為2 190 mm。換輥小車底座為一個(gè)剛體，操作側(cè)與傳動(dòng)側(cè)中心距不變，而支承輥采用雙止推結(jié)構(gòu)，兩側(cè)軸承座與支承輥軸向定位，由于各零部件制造公差、軸承游隙調(diào)整等影響，中心距不能精確保證2190±1 mm，因此二者很容易發(fā)生干涉(如圖5所示)。換輥時(shí)通常以卡耳與牌坊接觸為標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致?lián)Q輥小車牌坊二者無(wú)精確定位，軸承座裙口與底座中心偏離。此時(shí)因卡耳亦被牌坊與卡板軸向固定，軸承座處于過(guò)約束狀態(tài)，軋輥在熱膨脹或受軸向載荷較大時(shí)，兩側(cè)軸承座向同側(cè)產(chǎn)生傾斜，或成“倒八字”狀，致使軸承偏載嚴(yán)重。另因弧面墊接觸圓弧面磨損、下支承輥水平度超差等因素也會(huì)造成軸承偏載問(wèn)題的出現(xiàn)。

圖5 下支撐輥軸承座與換輥小車干涉部位

3 改進(jìn)措施

針對(duì)以上分析，采取了以下改進(jìn)措施。

(1)消除下支承輥軸承座過(guò)約束，降低偏載問(wèn)題。在換輥小車軌道上焊接定位塊，實(shí)現(xiàn)軋機(jī)軸承座和底座在牌坊內(nèi)精確定位；軸承座裙口單邊加大3 mm，避免因輥系零件累積誤差導(dǎo)致二者干涉；并將軸承座卡耳上牌坊側(cè)的滑板改為“半梭形”，釋放其軸向平移自由度。

(2)改進(jìn)墊板結(jié)構(gòu)、方便調(diào)整下支承輥水平，降低軸向力和偏載。原設(shè)計(jì)的標(biāo)高調(diào)整墊板支撐面為大平面，使用時(shí)容易因氧化鐵皮清理不凈，影響下支承輥水平度，導(dǎo)致偏載現(xiàn)象和軸向力過(guò)大，改進(jìn)后結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖6所示。

圖6 軸承墊板結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后對(duì)比

(3)改良軸承座裝配結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)密封性能。支撐輥原密封裝置如圖7所示，改進(jìn)后的密封裝置如圖8所示，其優(yōu)點(diǎn)如下：

圖7 支承輥軸承座改造前密封結(jié)構(gòu)

圖8 支承輥軸承座改造后密封結(jié)構(gòu)

保護(hù)罩和壓環(huán)設(shè)計(jì)為一體，壓環(huán)與止推軸承座間以O(shè)型圈代替XB450石棉膠板密封膠，止推軸承座處油封唇口朝里安裝、同時(shí)在保護(hù)罩下部開(kāi)孔避免箱內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，在增強(qiáng)防水性能、減少油脂外溢損失的同時(shí)也增強(qiáng)了排水、透氣性能。

四列圓柱滾子端的進(jìn)水問(wèn)題通過(guò)在肩環(huán)處增加外置水封、肩環(huán)與軋輥件增加O型圈，減少由軸承座內(nèi)側(cè)的進(jìn)水量，同時(shí)將透蓋最低處增加φ10 mm排水孔改為10 mm×80 mm的橢圓形排水孔，確保通過(guò)迷宮密封的水可以順利排出。

(4)加強(qiáng)對(duì)軸承裝配質(zhì)量的管理和使用過(guò)程管理。嚴(yán)格按圖紙要求范圍控制各軸承的游間隙、軋輥和軸承座之間的相對(duì)竄動(dòng)量，防止由軋輥和軸承座間竄動(dòng)量過(guò)大導(dǎo)致的水封失效、傳動(dòng)側(cè)軸承座向外側(cè)傾斜及其引發(fā)的軸承偏載；對(duì)各軸承座編號(hào)，固定各軸承座之間的配對(duì)關(guān)系和使用位置，使軸承座之間、軸承座與軋機(jī)牌坊形成一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，便于對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析和跟蹤。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)精軋機(jī)組軸承損壞原因進(jìn)行深入分析，并從密封和潤(rùn)滑、降低輥系軸向力、增大止推軸承的承載能力、改善軸承內(nèi)應(yīng)力分布等方面改進(jìn)，1250卷板生產(chǎn)線的軸承燒損事故由每月的6起左右減少至現(xiàn)在的2起左右，生產(chǎn)效益顯著增加。

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