静-动压轧机油膜轴承概论

　　摘　要：概略介绍了轧机油膜轴承中静-动压的原理、结构特点和功能及润滑系统的组成。
　　关键词：轧机；油膜轴承；静-动压；衬套
　　引言
　　油膜轴承是轧机的核心部件，装备于轧辊和轴承座上，用来承受全部轧制压力，并保证轧机的低能耗运行。轧机油膜轴承是一种精密滑动轴承，具有承载能力大、使用寿命长、速度范围宽、结构尺寸小、摩擦系数低、抗冲击能力强、抗污染能力强等优点。轧机油膜轴承主要由径向承载件、轴向承载件、密封装置、锁紧机构等组成。径向承载件由随轧辊旋转的轴（常称为锥套）和与轴承座保持静止的轴套（常称为衬套）组成。锥套与衬套构成一对摩擦副，油膜产生于其工作间隙。根据油膜的形成和供油方式的不同，轧机油膜轴承分为动压油膜轴承和静-动压油膜轴承两种。
　　1　静-动压轧机油膜轴承的组成
　　静-动压油膜轴承的静压承载作用，是润滑油经静压供油系统，通过高压润滑油管送至衬套的静压油腔，并形成压力油膜实现的。静-动压油膜轴承主要由静压润滑系统和轴承本体二部分组成。
　　1.1静压润滑系统
　　静压润滑系统主要由高压泵装置和中间管路组成。
　　（1）高压泵装置
　　高压泵装置为高压泵、马达、皮带传送装置、压力表、温度计、安全阀、气动换向阀、分流阀等的组成。高压泵可产生700-1500bar的压力，可以连续工作，也可以间歇工作。如果是间歇式，泵仅在速度低于设计值时才投入工作，一般临界速度为100m/min。当轴承速度大于（或小于）临界速度时，电磁换向阀通电（或失电），控制气动卸荷阀接通（或断开），系统卸荷（或加载），参见图一。 　　URACA生产的KD716为例，其技术参数如下：1）卧式三柱塞泵，柱塞直径为3×￠14mm，行程70mm；2）泵转速375min-1，电机功率30KW；3）输送介质为ISO VG油膜轴承油，粘度320-680cSt，Z大颗粒度为80μm；4）入口压力，在粘度320-460cSt时为2.0bar，粘度680cSt时为2.5bar；5）流量/出口压力，在700bar时为10LPM，在1500bar时为8LPM；6）安全阀，是限定系统的Z高压力，安装于泵的压力出口端，主要是保护高压泵。设定压力1500bar，开启压力1650bar；当系统压力超过安全阀所调定的压力时，阀体动作，将系统泄荷。阀内有一液压阻尼装置，作用是保证阀在开启后，工作平稳可靠。7）分流阀将油路分流为数条支路向轴承相应静压油腔供油，并自动调节油路油压平衡。8）溢流阀起溢流作用，当系统正式启动泵进入工作状态时，调节此阀使压力表显示进油压力≥3bar，并应有5-10LPM的溢流量。9）进油温度40℃。
　　静压润滑系统一般采用恒流量供油，它能保证在轴承工作时，无论轧制压力p如何变化，均能向轴承提供恒定的流量Q，系统的供油压力随轧制压力p的增加而增加，Z小油膜厚度随随轧制压力p的增加而减小，参见图二。 　　由于静压润滑系统为超高压供油系统，操作人员必须培训上岗。设备在运行中，不允许带压进行系统各元件的维修操作。超高压系统管路要涂特殊颜色或标记，以警示现场工作人员。为保证人身和轧机的安全，必要时可在一些关键部位设置金属网罩。
　　（2）中间管路
　　中间管路用于将高压油从油膜轴承静压润滑站输送到油膜轴承衬套，主要由高压管、高压软管、快换接头、管接头、单向阀、弯头、球面垫、高压法兰等组成。由于系统压力高，对中间管路的性能及安装维护有严格要求。
　　基本要求及特点：1）高压管路元件接口一般采用NPTF或NPSM螺纹，NPTF为干密封锥形管螺纹，NPSM为自由配合机械联接直管螺纹（元件内部采用锥面密封）；2）高压管路元件工作压力不得小于150Mpa；3）高压软管爆破压力不得小于工作压力的3倍；工作中存在的压力波动对软管寿命有一定的影响；保证在规定的温度范围内工作，过高的工作温度对软管寿命有一定的影响；由于软管的Z小弯曲半径是根据Z大工作压力而确定的，减小软管弯曲半径对软管寿命有一定的影响。
　　1.2轴承本体
　　为满足静压承载要求，静-动压结构的衬套工作面上需开设一定形状、数量的静压油腔，并在钢体薄壁上打相应的高压油孔，通过单向阀、弯头、高压软管、管接头、快换接头等与外输油管相连接（参见图三）。 　　静压油腔的开设，对轴承的动压承载有一定的影响，从动压承载要求看，静压油腔尺寸越小越好。油腔面积加大，会降低动压承载能力；静压油腔位置、数量与静压支承力有关，如果油腔位置接近动压油膜压力区，静压供油压力会提高，这样一来，对系统元器件（指超高压泵、高压软管、阀块等）的性能要求就高，造成静压系统造价相应提高，而且使用和维护不便。因此应全面分析动压和静压两方面因素，对油腔的位置、形状、大小、数量及分布的合理匹配，既要保证必需的静压支承力及安全可靠的静压系统，又要保证产生维持动压承载能力的有效承载面积。
　　1.2.1静压油腔的结构特点
　　衬套静压油腔形状有矩形和椭圆形等多种。矩形油腔，其油腔投影形状为矩形，这种油腔特点是结构简单，加工比较容易。椭圆形油腔，其外形类似扁长的椭球体的球冠，这种油腔特点是由于它结构平缓，没有尖角，高压油进入这种光滑曲面体油腔后，形成一种低速稳定的油流，压力损失小，静压承载效果显著，同时减小因应力集中而对轴承合金造成的损坏，但不足之处是加工较复杂。
　　静压油腔的数量及分布型式一般有三种：单油腔、双油腔和四油腔结构。
　　单油腔结构，指在衬套工作面中央只开设一个油腔开设。它结构简单，但缺点有二：静压工作压力较高，对泵的负荷加大，对衬套钢体与合金的结合强度要求高，结合强度一般为7KN/mm²，当工作压力超出7KN/mm²时，衬套的寿命将受到影响；②由于动压力峰值区基本在静压油腔上，静压油腔的开设增大锥套与衬套的间隙，影响了动压油膜的形成，削弱了轴承动压承载能力。
　　双油腔结构，指两油腔以衬套轴向中心线为轴，对称分布于两侧。其优点是：①油腔避开了中央区域，使轴承承载区的压力分布趋于平缓，提高了合金的疲劳寿命；②静压油腔压力降低；③自位性能好。双油腔结构目前比较应用广泛（参见图四）。 　　四油腔结构，指在衬套工作面上开设四个对称油腔。这种型式的轴承所需的供油压力更低，对静压系统元器件的性能指标要求较低，由于压力分布平缓，同样提高了合金的疲劳寿命，自位性能好。四油腔结构的缺点是衬套的制造及系统管路较复杂。
　　1.2.2静-动压衬套的分流措施
　　对于单油腔结构的衬套，不必采取分流措施，高压油直接经油孔进入中央油腔。而双油腔和四油腔结构的衬套，必须保证进入每个油腔的高压油比较均衡，故需采取一定的分流措施。
　　常见的分流措施有两种，一是在衬套高压油孔内加阻尼器，二是在进入油膜轴承之前使用节流分流阀。
　　2　结束语
　　随着我国钢铁工业飞速发展，轧机装备水平显著提高，代表先进水平的现代轧制工艺和板形板厚控制技术如薄板坯连铸连轧技术、无头轧制技术、PC、CVC、HC等的广泛应用，对轧机油膜轴承的结构和性能提出更高的要求。
　　静-动压油膜轴承能够改善轧机低速下的操作性能，提高了轧机的轧制精度，延长了使用寿命，工作可靠性高，通常应用于中厚板轧机、薄板坯连铸连轧机组，尤其是冷连轧机组中。对于连轧机，其工作方式为间断工作制；而中、厚板轧机由于其速度低，静、动压之间难以切换，油膜轴承的工作方式为连续工作制。
　　参考文献：
　　1）张冠，坤钟.洪流体动静压轴承，科学普及出版社.
　　2）郭溪泉，李树青.现代大型轧机油膜轴承，机械工业出版社.
　　3）丁光正.摩擦学理论在轧机油膜轴承上的应用，《太原重型机械学院学报》2002.
　　4）杨汇荣.静-动压油膜轴承衬套，《太原重型机械学院学报》2002.
　　5）URACA KD716 Operating manual.