提高施罗曼预应力轧机轴承寿命的措施

　　摘　要：针对施罗曼预应力轧机轴承在线烧损频繁的问题，分析认为轴向力过大、油脂乳化、密封效果差及工艺控制不良是主要原因，相应采取了增大补偿间隙、缩短润滑周期、优化密封尺寸、严格工艺控制等措施，实践证明，改进后基本杜绝了在线烧轴承事故，年降低成本120万元。
　　关键词：预应力轧机；轴承；烧损；间隙；密封；润滑
　　1　前言
　　施罗曼预应力轧机是青钢高速线材厂在线粗中轧机组连轧中，位于前4架顺列布置的水平二辊式轧机，组成部分粗轧机组。除1#轧机采用扁箱孔型外，其余各架均为椭圆－圆孔型，双线连轧将110mm×110mm方坯轧制成下道轧机工序需要的形状尺寸。该粗轧机组传动装置由主电机、减速机（包括齿轮座）、万向接轴传动轧辊组成，1#轧机为单独传动，2#～4#轧机为集体传动。此类型轧机的特点是机架刚度大、结构简单、重量轻、产品精度较高、拆卸方便，是目前冶金轧钢应用较为广泛的轧机。青钢施罗曼预应力轧机轴承采用24148CAGME4C3S球面滚子轴承，随着产量的提高以及市场对高牌号品种钢的需求，该设备的生产负荷越来越高，导致事故率一直居高不下（2009年曾在20d内烧轴承7 套）。经计算，发生一次烧轴承事故，停产1h左右，备件消耗近3万元，严重影响设备运转率和生产成本。为此，对施罗曼预应力轧机烧轴承问题的原因进行分析并采取一系列改进控制措施，取得了较好的效果。
　　2　事故原因分析及改进措施
　　2.1 装配方面
　　通过轴承损坏后和重复使用过程中的检查发现：除轴承破碎外，固定端与传动端轴承工作面外侧接触疲劳剥落、单侧极限位置剥落较为常见。据此可推断轴承损坏的主要原因之一为运转过程中突然承受轴向力，因轴承在轴承座内的补偿间隙过小，导致轴承轴向力过载^[1]。
　　通过实际测量及图纸计算得知：固定端轴承外圈与两侧密封环、轴承支架间的间隙为0～1mm，传动端为5mm。另外，轴承座内孔发生椭圆变形，轴承受力不均也是轴承损坏的原因之一。
　　相应采取如下改进措施：1）将固定端密封环凸边尺寸由23mm改为17mm，轴承座支架尺寸不变，密封垫厚度不变，使轴承外圈与两侧间隙变为5mm；将传动端轴承座支架凸边尺寸由23mm改为22mm，使其间隙变为6mm。当轴承承受轴向力时，可在轧辊轴承座内有一相对滑动，来消除部分轴向力。2）在轧机下线后重复利用轴承时，认真清洗检查轴承，符合重复使用标准的作好标记，人工手动转变负荷区，并将与轴承相配合的表面、辊颈、轴承箱孔及油孔的棱边和毛刺都清除掉，并清洗干净涂上润滑油。3）对尺寸超差及变形的轧辊轴承座，进行修复，不符合装配要求的不再使用。
　　2.2 润滑方面
　　研究表明：40%左右的轴承损坏都与润滑不良有关^[2]。青钢高速线材厂施罗曼预应力轧机轴承采用脂润滑（长城2#极压锂基脂），约4d进行1次加油润滑（轧机移槽时），润滑周期较长。分析认为：初期使用时，润滑脂粘附性较好，易形成油膜，但随使用周期延长，且有水进入发生乳化，使润滑脂粘附性减弱不易形成保护油膜。为确定润滑脂对烧轴承事故的影响，委托专业机构对使用前后的润滑脂进行了检测，检测结果如下：使用前，铁粉含量0.006%，水分0.028%，针入度值283（1/10 mm）；使用后，铁粉含量1.162%，水分3.118%，因异物过多，针入度测量值已无参考意义。
　　使用后润滑脂样品的铁粉及水分含量均偏高（经验值为铁粉含量1%以下，水分含量5%以下），润滑脂颜色发黑，其中杂质多，稠度测量已无意义。FT-IR分析结果也显示：使用后的润滑脂中铁粉含量较高，FT-IR图谱分析结果显示使用后的润滑脂中有水侵入现象。润滑脂中的氧化铁皮与水分使其性能大大降低，也是导致轴承损坏的重要原因^[3]。
　　相应采取如下改进措施：1）施罗曼预应力轧机转速较低，在装配轴承时，将2#极压锂基脂填充满约壳体空间的1/2改为完全充满。2）轧机上线使用时的加油润滑周期由4d改为1d，加油润滑时以将原有润滑脂挤出为准。3）废除原来的装配班轮流加油润滑制度，设立专职润滑岗位，如发现因润滑不到位导致烧轴承事故，将严格考核润滑员。
　　2.3 密封方面
　　施罗曼预应力轧机的密封由装配图可以看出为非接触式迷宫密封，利用迷宫产生的节流效应，达到限制泄漏和外部介质进入的目的。其间隙越小，密封效果越好，但由于原有迷宫密封间隙达4mm，且轧辊转速较低，难以形成较好的节流效应，在轧辊冷却水流量较大的情况下，冷却水与氧化铁皮易进入轧辊轴承座，对轴承造成损坏。
　　相应采取如下改进措施：1）改变轧辊密封环尺寸，将原来间隙由4mm变为2mm，使其节流效应更加明显，从而尽可能减少氧化铁皮与冷却水的进入。2）在固定端与传动端轧辊迷宫环与密封环之间的空腔间加一骨架密封（360mm×320mm×20mm），进一步防止外部异物的进入。
　　2.4 工艺方面
　　施罗曼预应力轧机位于粗轧机组，轧制力较大，如果生产人员持续将钢温控制在工艺要求下限轧制或为抢产量而低温轧制，将使轴承超负荷运转，极易产生烧轴承事故^[4]，且轧机为双线扭转轧制，单线出钢轧制时产生轴向力，而轧机无止推轴承，此轴向力由轧辊轴承来承受，易使轴承挡边剥落，进而产生烧轴承事故，双线出钢时轴向力几乎可忽略不计。
　　相应采取如下改进措施：1）制定严格制度要求当班生产人员严禁低温轧制，钢温尽量控制在工艺要求的中间温度，由装配人员负责监督，发现违规出钢，严厉考核。2）当加热炉煤气压力低，钢坯温度不理想轧制时，减少单线出钢次数，来防止轴承轴向力过载。
　　3　改进效果
　　针对轴承损坏的原因采取相应的改进措施后，效果明显：基本杜绝了在线烧轴承的事故。以2011年为例，全年仅发生过1次烧轴承事故，大大减少了停机时间；轴承的重复利用率提高，由原来的使用1、2 次提高到使用4～6 次，降低了轴承的消耗费用。粗略统计，减少停机时间近30h，年降低成本120万元以上，为降本增效做出了巨大贡献。
　　参考文献：
　　[1]姚曲.轴承失效原因和应对措施[J].现代零部件,2007（9）:2-4.
　　[2]濮良贵.机械设计[M].7版.北京:高等教育出版社,2001.
　　[3]黄庆学.轧机轴承与轧辊寿命的研究[M].北京:冶金工业出版社,2003.
　　[4]乔德庸.高速轧机线材生产[M].北京:冶金工业出版社,1995.