淺析30萬噸橫切機組十一輥矯直機工作輥軸承定位方式改進

摘要：

本文介紹了熱軋部30萬噸橫切生產線十一輥矯直機工作輥軸承原有的定位方式及改進的定位方式，分析了改進的工作輥軸承定位方式在生產應用中表現出來的重要作用，闡述了改進后的工作輥軸承定位方式消除了設備隱患，保證了設備的正常運轉和生產的順利進行。

【關鍵詞】橫切機組 十一輥矯直機 工作輥軸承定位

【Abstract】The article describes the original and improved positioning ways of eleven roller leveler working roll bearings，analyzes the important effect of the improved working roll bearings positioning way in the production application， the equipment problem be eliminiated according to the improved the postioning way of workroll， guarantees the equipment running well and producing smoothly.

【Key words】Cut to length line；Eleven roller leveler；Working roll bearings positioning

前言

30萬噸橫切機組生產線是在吸收國內外先進工藝技術和設備裝備的基礎上，自主集成的厚規格、高強鋼產品為主的剪切生產線。橫切機組十一輥矯直機由國內制造，十一輥矯直機本體由機架裝配、壓下裝置、活動橫梁、上下工作輥裝置、上下支承輥及其調整機構、接軸托架、氧化鐵皮清掃裝置及機上配管等組成。十一輥矯直機設備投入正式運行約半年發生一次第10根工作輥軸向竄動問題，并造成傳動側軸承損壞，工作輥傳動側軸承安裝位輥身磨損，操作側軸承內圈軸用擋圈損壞。經對十一輥矯直機輥盒拆解后，檢查發現工作輥軸承定位存在設計隱患。原設計工作輥操作側軸承內圈采用軸用彈性擋圈進行固定，軸承外圈采用悶蓋進行定位；傳動側軸承采用頂套加緊定螺釘進行固定，此種軸承固定方式承載軸向力較小，在矯直機大壓下、重負荷狀態下無法滿足軸向定位需要，故工作輥軸向竄動將操作側彈性擋圈頂壞，造成傳動側軸承碎裂。[1]

1.設計結構分析

30萬噸橫切生產線十一輥矯直機工作輥操作側軸承內圈通過軸端擋圈、隔套及工作輥軸肩與工作輥固定，擋圈型號120，材質65Mn；軸承外圈采用悶蓋及軸承座定位，防止工作輥軸向竄動。當工作輥軸承受較大軸向力（如下圖1所示，向右軸向力）時，軸向力全部通過操作側軸承作用到軸端定位擋圈上。由于原設計軸用擋圈無法承受較大軸向力，致使擋圈損壞，工作輥向右竄動，導致傳動側軸承端蓋與工作輥接觸摩擦，造成輥身受損。工作輥向右竄動后，引起傳動側軸承無法精確定位，造成軸承損壞并將軸承安裝位工作輥輥身磨損。3.改造方案

3.1軸上零件定位方法

軸上零件軸向固定的目的是保證零件在軸上有確定的軸向位置，防止零件作軸向移動，并能承受軸向力。常用的方法有利用軸肩、軸環、圓錐面、以及采用軸端擋圈、軸套、圓螺母、彈性擋圈等零件進行軸向固定。[3]

3.2角接觸球軸承特性及軸向預緊方式

十一輥矯直機工作輥操作側采用角接觸球軸承7024AC雙排布置，角接觸球軸承可同時承受徑向載荷和軸向載荷， 也可承受單一方向的純軸向載荷， 其軸向受能力取決于接觸角的大小， 隨接觸角的增大而增大。極限轉速較高，從設計上講允許達到的dm×n值可高于2.5×106mm .r/min。高精度和高速軸承通常取15°接觸角， 在軸向力作用下其實際接觸角會增大。

角接觸球軸承可裝入比深溝球軸承更多的球， 額定載荷增大， 從而保證高剛度和高承載能力。角接觸球軸承在徑向載荷作用下會引起軸向分力， 因此必須同時施加與軸向分力反向的軸向載荷， 且只能承受單向軸向載荷。使用時， 要施加一定的預載荷。

角接觸球軸承的軸向預緊目的角接觸球軸承一般采用軸向預緊方式， 即采用適當的方法使鋼球和內外套圈產生一定的預變形， 以保證軸承內、外圈均處于壓緊狀態， 使軸承帶負游隙運行。此時， 軸承產生預載荷， 該載荷是一種內部衍生的載荷。預緊的目的在于： 增加軸承的剛度，使旋轉軸在軸向和徑向正確定位， 提高軸承的旋轉精度，降低軸承的振動和噪聲，減小由于慣性力矩所引起的鋼球相對于內、外圈溝道的滑動， 補償因磨損造成的軸承內部游隙變化， 延長軸承壽命等。[4]

角接觸球軸承預緊方式及特性，角接觸球軸承軸向預緊按照施加預載荷的方法， 分為定位預緊和定壓預緊。

定位預緊是指軸承的軸向位置在使用過程中保持不變的一種軸向預緊方式。如圖4 所示， 可以通過調整兩軸承之間的隔套寬度來獲得要求的預緊量。在配對的同型號兩軸承內圈或外圈端面磨去一定的預變形量， 安裝之后實現預緊， 也屬于定位預緊， 如圖5所示。兩個角接觸球軸承通過定位預緊可顯著提高支承系統的剛度。

使定位預緊支承系統中的一套軸承完全不受載時的外加軸向載荷稱為卸緊載荷。當兩個同型號的角接觸球軸承成對安裝并采用定壓預緊時與定位預緊相比， 在同樣預載荷下， 定壓預緊對提高支承系統軸向剛度的作用不顯著。但是， 定位預緊時， 軸受熱長度變化及內外圈溫差引起的徑向游隙變化會影響到預緊變形量， 定壓預緊則不存在這些問題。一般情況下， 要求高剛度時宜采用定位預緊， 而高速運轉時宜采用定壓預緊。

3.3工作輥軸承定位詳細改進方案

根據角接觸球軸承軸向間隙的調整方法及軸上零件的定位方法，針對工作輥操作側彈性擋圈定位能力不強，將彈性擋圈取消，設計增加頂套用來對操作側軸承進行定位，頂套內沿固定軸承內圈。悶蓋更改為焊接件，悶蓋內沿頂住軸承外圈。新設計頂套及改進悶蓋同時對工作輥操作側外側軸承進行定位，頂套通過螺釘與轉軸固定，工作輥轉軸通過螺栓與工作輥固定。

傳動側軸承仍舊采用原頂套固定軸承，原設計工作輥頂套緊定螺釘在工作輥上無定位槽固定緊定螺釘，造成緊定螺釘無法有效定位頂套，現將工作輥上加工緊定螺釘固定槽，確保緊定螺釘不在工作輥上產生軸向移動。

4.結論及意義

本文通過分析首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司熱軋部30萬噸橫切生產線十一輥矯直機工作輥軸承定位方式存在設計隱患，提出了解決矯直機工作輥軸承定位改造方案，該方案徹底解決了30萬噸橫切機組十一輥矯直機工作輥軸向定位能力不足造成的工作輥軸向竄動問題，降低了設備故障時間，降低了備件采購及修復費用，保證了設備的穩定運行，對30萬噸橫切生產線十一輥矯直機本體穩定運行起到重要的作用。

參考文獻：

[1]首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司熱軋部內部資料《帶鋼剪切加工線職工培訓教材》有關章節.

[2]首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司熱軋部內部資料《30萬噸橫切生產線設備安裝圖》有關章節.

[3]蘭青.機械基礎（第3版）[M].北京：中國勞動社會保障出版社2010.（21）18-28.

[4] 賈群義. 滾動軸承的設計與應用技術[M]. 西安： 西北工業大學出版社1991.（8）35-39.

作者簡介：

馬順杰（1983.06- ），男，大學本科學歷，首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司中級工程師，主要從事設備維護工作。