带钢冷轧机轧辊轴承的使用分析

　　摘　要：对影响轧辊轴承使用寿命的因素进行了分析，介绍了轧辊轴承的选用原则及提高轴承使用寿命的各项改进措施。实际使用证明，改进后轴承的寿命大幅度提高。
　　关键词：轧机轴承；应用
　　滚动轴承在轧机上使用时经常出现声响异常、振动超差、精度下降和急剧温升等故障，其主要损坏形式有滚道磨损、剥落、点蚀、断裂和高温粘结等。这些是由于选型、使用或润滑不当，轴承座结构不合理等引起的。特别是在冷轧机上使用时，轧辊轴承的精度直接影响所轧制产品的厚度公差。
　　1　轧辊轴承的选用
　　1.1 冷轧机的特点
　　（1）重载荷，较一般轴承承载高一倍。
　　（2）工作速度变化范围大。
　　（3）轴承的工作环境较恶劣，润滑液及铁屑等杂物易进入轴承内部。
　　（4）频繁更换轧辊。
　　（5）高刚度、高精度。
　　因而，轧辊轴承应具有承载能力高，旋转精度高，极限转速高，结构简单，装拆方便的特点。
　　1.2 常用轧辊轴承类型及特点
　　（1）调心滚子轴承有自调心的特性，用于小型带钢轧机的支承辊上。
　　（2）四列圆锥滚子轴承可承受较大的径向力和轴向力，但装配时需严格按序号装配，用于大型轧机的支承辊。
　　（3）多列圆柱滚子轴承摩擦系数小，径向尺寸小，制造精度高，且内圈为可拆卸式，拆装方便，应用广泛。采用此类轴承可加大轧辊辊颈尺寸，承载能力和极限转速比其他轴承高，但不承受轴向力，需增加推力轴承。适用于高速四辊轧机的工作辊及支承辊上，常用四列圆柱滚子轴承或双列圆柱滚子轴承。
　　（4）滚针轴承承载能力大，能加大工作辊辊颈尺寸，适用于工作辊传动，且传递大扭矩的轧机。
　　1.3 轴承的精度选择
　　由于冷轧带钢的精度较高，其纵向厚度差一般为土0.003-0.010mm，因此，轴承应选用较高一级精度。影响轧件精度的轴承精度指标主要有单一平面内外径变动量△D_mp、单一平面内内径变动量△d_mp，和成套轴承内径的径向跳动△K_ia，可根据生产需要提出具体精度要求。
　　由于我公司的轧机轧制超薄带钢，厚度为0.15mm，厚度纵向公差为土0.003mm，要求精度高。订购的轧辊同轴度及圆度达不到要求，轴承的内径跳动也较大，安装后易出现轧辊偏心，影响产品质量。为消除轴承内圈安装后的尺寸精度下降，专门订购留有修磨量的轴承内圈与轧辊装配，使内圈安装后与轧辊同时磨削，既能保证内圈的圆度、圆柱度，又能保证轧辊辊身与轴承的同心度。加工后，轴承内圈圆度可达0.002mm，同心度达0.005mm。
　　1.4 推力轴承的选用
　　冷轧带钢生产中，辊系除承受径向力外，还存在轴向载荷。在轧辊固定端，一般选用双向推力轴承与圆柱滚子轴承配合使用。轧辊转速高、中等载荷可选用双向推力轴承或成对使用的角接触轴承转速低、轴向载荷大时选用系列双向圆锥滚子轴承。
　　2　轴承失效分析
　　通过对两组轴承的对比观察及分析，主要是以下因素导致轴承损坏。
　　2.1 径向载荷大
　　2.1.1 支承辊轴承
　　支承辊轴承承受的轧制力可高达5000kN。由于高精度冷轧机的轧辊压下均采用液压AGC控制，因此在轧制中因原料板形差而造成瞬间较大压下的情况频繁发生，此时轧制力将突破设计能力，使轴承在超载荷下运行，其使用寿命将大大降低。另外，由于原料存在较大横向误差，分条后会形成楔形带卷，轧制时为使成品厚度达到要求，将会出现单边压下量较大，单侧轧辊轴承所承受的轧制力较大，出现滚动体断裂、保持架损坏等情况，使轴承寿命缩短。
　　2.1.2 工作棍轴承
　　工作辊轴承所承受的径向载荷为弯辊力和张力。由于原料板形差，在轧制时必须对工作辊施加额外的弯辊力（因工艺方面的限制，在任何轧制条件下都使用满载荷的弯辊力，将明显增加工作辊的径向载荷）。弯辊力施加在轴承座上，使工作辊产生一定的弯曲变形，从而轧制出较好板形的带材。同时，弯辊力的施加会造成轴承受力不均，四列圆柱滚子轴承仅内外两排滚动体受力，轴承的承载能力显著下降，轴承的内外两侧滚道易出现磨损而报废。
　　2.2 轴向载荷
　　与轧制力相比，作用在工作辊上的轴向载荷往往被忽视，但它同样是工作辊轴承损坏的主要因素之一。通常认为轴向力为轧制力 的1%-2%，但实际使用中轧机的轴向力远大于5%，从而出现轧辊窜动，轴向固定螺栓断裂而轧制中断，或轴承烧损而报废。
　　形成轧辊轴向力的原因较多，主要有轧辊轴线交叉、非对称轧制、轧制力偏差、轧件镰刀弯、锲形轧制以及传动系统的影响，但造成轧辊轴向窜动的主要原因是轧辊间交叉尤其是传动辊的轴线交叉。
　　2.3 轴承座的密封性能差
　　为吸收轧件变形所产生的热量及降低轧制载荷，冷轧生产中使用大量的乳化液，轴承座时刻处于乳化液包围之中，此液体中含有轧制时所产生的微小金属颗粒、酸性物质及其他杂质。这些有害液体和固体颗粒一旦进入轴承，不但影响润滑剂的性能破坏所形成的油膜，而且还会直接引起磨粒磨损，导致轴承早期疲劳而失效。
　　2.4 轴承材质的影响
　　由于滚动轴承工作时以很小的接触面积承受较大的载荷，因此对轴承钢材的微小缺陷也非常敏感。常用的GCr15轴承钢杂质含量高，抗疲劳强度和抗冲击性能差，该种材质所制轴承在特殊场合使用寿命会更短。可采用经真空熔炼或电渣重熔的渗碳钢代替GCr15轴承钢，以提高轴承的承载能力。
　　2.5 轴承游隙的影响
　　径向游隙的大小直接影响轴承内部的载荷分布状况，特别会影响轴承内Z大滚动体载荷的变化。因经常拆装轴承座，不可避免要留有一定的游隙，应根据装配情况，选择适合的径向游隙。游隙过大、过小都将使轴承的使用寿命下降。
　　另外，由于轧辊轴承分为径向与轴向推力轴承成组使用，两种轴承的游隙值应相匹配，避免互相干涉，影响轴承寿命。
　　3　改进措施
　　3.1 定期调整轴承受力区域
　　建立轴承使用档案，定期对轴承进行清洗、检查。检查内、外滚道工作面和滚动体表面的磨损情况，检查游隙，超标更换，并将轴承外圈旋转120°-180°调换受力位置，使局部长期承受交变载荷的外圈滚道转至载荷小的区域，避免承载区域长期使用过早产生点蚀、剥落、损坏而报废。
　　3.2 正确使用弯辊力
　　制定合理的工作辊中凸度，减少弯辊力投入比例。一般情况下弯辊力不超过额定值的50%，Z大不超过70%。弯辊力是设计时根据轧制工艺给定的，一般为Z大轧制力的10%-20%。
　　3.3 调整辊系装配精度
　　调整工作辊、支承辊轴承座侧滑板，使各轧辊轴线平行，每套辊系的轴承座严格控制使用，不得随意互配使用，以减少因轧辊交叉轧制而产生的附加轴向力。
　　3.4 改进轴承座密封结构
　　改进后的轴承座密封结构见图1。
　　（1）改变密封圈安装方向，密封圈唇口朝外，以避免外界污物进入。
　　（2）增加端面密封环，可有效防止乳化液进入轴承内部。
　　（3）结合油雾润滑，在轧辊工作时持续喷入油雾，并使轴承座内保持微正压0.1-0.2KPa，更有效地防止乳化液等外界污染。
　　3.5 改变轴承润滑方式
　　原轴承座为脂润滑，由于乳化液侵蚀及杂质进入，使用一定时期后润滑脂失效，使内滚道表面出现剥落，采用油雾润滑后情况明显好转。不同润滑效果见表1。
　　经过一系列的改造后，轴承寿命大幅提高，每年轴承用量仅为改造前的1/4，效果显著。
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