熱鍍鋅光整機升降輥卡阻故障分析與處理

干治江

（攀枝花新鋼釩股份有限公司 四川攀枝花）

一、概述

熱鍍鋅光整機在軋制過程中，為了防止帶鋼縱向起皺和高速軋制時帶鋼振動，在光整機的入口和出口均設有防皺裝置，目的是通過液壓缸的作用，用升降輥將光整機入口和出口的鍍鋅板繃緊。

攀鋼冷軋2＃鍍鋅機組光整機升降輥（圖1）在2012年5月18日定修中更換SKF公司的22319E調心滾子軸承，5月23日出口升降輥卡阻不轉造成鍍鋅板擦劃傷及停機。經檢查，發現軸承損壞、止動失效。軸承的失效按其壽命可分為正常失效和早期失效兩種，該軸承的使用壽命只有幾天時間，屬于早期失效。

圖1 光整機升降輥分布結構示意圖

二、故障分析

光整機升降輥為空心自由轉動鍍鉻鋼輥，芯軸固定不轉，輥筒內嵌滾動軸承跟隨帶鋼一起轉動。由于這兩個升降輥在軋制過程中始終與帶鋼接觸，其輥筒與帶鋼是否產生相對滑動對產品質量有較大的影響。為防止升降輥因軸承損壞引起停機、停產和鍍鋅板擦劃傷，應提高軸承的可靠性，必須從軸承的失效形式著手，認真研究和分析滾動軸承的失效原因，才能找出解決失效的具體措施。

1．軸承失效表面特征分析

22319E是雙列調心滾子軸承，在有兩條滾道的內圈和滾道為球面的外圈之間裝配有鼓形滾子的軸承。外圈滾道的曲率中心與軸承中心一致，所以具有自動調心功能，對軸相對于軸承座的傾斜和軸的變形或歪曲不敏感。

在排除了裝配質量和潤滑不良等原因之后，發現22319E軸承保持架上幾個兜孔已經嚴重擠壓變形和斷裂失效，導致軸承卡死停止轉動。因此判斷保持架斷裂是造成軸承失效的主要原因。

2.軸承內部結構特征分析

升降輥原設計軸承為FAG公司一對22319E1調心滾子軸承，在更換前已經正常使用3年以上。雖然SKF公司和FAG公司的軸承在型號規格上一樣，但是仔細對照兩家軸承，發現兩者軸承的保持架結構類型明顯不同。通過對比主參數、外圈、內圈及滾子設計強度和剛性等均無問題，分析認為，該軸承E結構保持架對光整機升降輥的使用條件存在一定缺陷，可能是軸承早期失效的主要原因。

（1）保持架鎖定球面滾子的方式不同易造成過梁擠壓變形。保持架上許多等距離的兜孔稱為窗口，用來隔離和引導滾動體。在滾子保持架窗口之間的連接部分稱為過梁，它起連接和增加保持架強度的作用。

圖2 22319E1軸承結構示意圖

如圖2所示，F22319E1軸承窗型沖壓鋼保持架靠兩個過梁鎖住鼓形滾子，形成雙肩鎖定；如圖3所示，22319E軸承窗型沖壓鋼保持架采用在保持架大端面鋼板壓出凸點形成鎖點，利用鼓形滾子側端面凹穴來實現鎖住滾動體的功能，形成單點鎖定。SKF公司E結構軸承由于是單側受力，不利于保持架窗孔對鼓形滾子的引導。在軸承承受沖擊載荷和較大軸向力的情況下，個別鼓形滾子的軸線容易發生較大角度的側轉。一旦有一粒鼓形滾子軸線相對于保持架窗孔軸線發生較大角度的側轉，那么這顆滾子的滾動將落后于正常滾子的滾動，就容易發生保持架過梁擠壓變形，導致鼓形滾子卡死停止轉動。

（2）保持架窗口位置不同易造成過梁根部裂斷如圖3所示，22319E軸承窗型沖壓鋼保持架的窗口位置較低，在鼓形滾子的1/3處，鼓形滾子和保持架窗口兜底接觸面積也較小，保持架過梁根部較薄，強度較差。軸承工作過程中，承受沖擊振動及軸向力時，由于軸承內圈不帶擋邊，完全靠保持架3側擋承受軸向力，保持架過梁易從根部裂斷，影響軸承的可靠性。

圖3 22319E軸承結構示意圖

如圖1所示，鋼帶是緊貼在升降輥表面上，并且鋼帶上有90kN的張力，是由鋼帶拖著升降輥旋轉。如果鋼帶跑偏，鋼帶與升降輥表面的摩擦力會轉化成一定的軸向力作用到軸承上，該軸承承受了較大的軸向力，這是造成軸承失效的最主要原因。

SKF公司的E型調心滾子軸承的中擋圈位于保持架大端外圓柱面以外（圖3），該保持架可放入更多更大直徑的加長滾子，使軸承徑向額定動載荷提高10%～20%。但是由于軸承內圈不帶擋邊，承受軸向額定動載荷的能力卻大大降低，保持架側擋極易斷裂。

三、處理措施

保持架對滾動軸承使用性能和壽命有很大影響，其材料的選擇尤為重要，而在保持架損壞的原因中，保持架材質好壞又是主要原因之一。因此，軸承保持架的材料必須具有良好的機械強度、尺寸的穩定性、良好的可塑性等多方面優良性能。

1．重新選擇軸承型號減少軸承在線損壞

在使用環境相同的條件下，銅保持架的理論壽命比沖壓鋼保持架的理論壽命要長，但銅保持架的軸承比鋼保持架的軸承的價格要高一些。考慮到使用成本，選擇目前國內使用廣泛的CA型軸承，型號22319CA/W33。CA型結構的調心滾子軸承的特點為內圈兩側均有擋邊和采用雙齒型整體式機加工車制實體黃銅保持架（圖4），一般情況下可以與E結構設計通用。與E結構相比較，CA結構的軸承采用高拉伸強度的黃銅保持架，保持架本身具有一定的自潤滑性能，并允許有一定的塑性變形。在光整機機架內淋水環境與承受較高的徑向載荷和沖擊載荷以外，還能承受一定的雙向軸向載荷的場合。

圖4 22319 CA/W33軸承結構示意圖

對軸承改型后，已經正常使用1年未再出現軸承保持架斷裂故障，軸承的可靠性大大提高。進口軸承每套單價是國產軸承的6倍，與進口調心滾子軸承相比，不僅降低了使用成本，還延長了軸承使用壽命，效果非常顯著。

2．做好軸承的維護、保養、裝配

調心滾子軸承是一種精密的零部件，在安裝以及使用過程中，應注意方式方法，才能使軸承達到預期的精度以及更長的使用壽命。因此應重點關注軸承的正確安裝、檢查和維護等方法并制定相應的工藝規程以降低光整機升降輥軸承的故障率。

（1）軸承在安裝和拆卸時應按有關步驟和規定認真操作。盡量使用專用工具，不允許強力沖擊或直接錘擊軸承，不允許通過滾動體傳遞壓力。安裝環境必需清潔，不能用布類和纖維類物品擦拭軸承，軸承安裝的質量關系到軸承的使用壽命和工作特性，不正確安裝可能導致軸承過早損壞。

（2）軸承的正確保養和維護。良好的潤滑是滾動軸承正常工作的必要條件。要保證軸承能夠正常、可靠運行，就必須施以足夠的潤滑，以防止滾動體、滾道及保持架之間有直接的金屬接觸，造成磨損及軸承表面腐蝕。

光整機升降輥通常受到較強的沖擊負荷以及淋水環境，軸承振動大，潤滑脂容易流失。因此，要求潤滑脂有較強的粘附性，選擇鈣基潤滑脂（機械性能穩定，不溶于水，常用于工作溫度60℃以內與水有接觸的工作環境）。鈣基潤滑脂可以牢牢地粘附在零件的表面，一部分在滾道上潤滑軸承，其余部分保存在軸承內部空間起到密封作用，可防止外部灰塵和水等有害物質進入軸承。

自動調心滾子軸承，軸承內外環可以相對擺動，所以可以接近滾動元件，潤滑脂可直接注入軸承內的空間。裝配時軸承內應填滿潤滑脂，可以把軸承座內自由空間的90%填滿而無溫升的危險，這樣既防止雜質侵入軸承，又使補充潤滑脂間隔期延長。

軸承選型至關重要，選用的軸承型式一定要符合使用環境。通過剖析軸承保持架結構，確定故障原因，采取切實可行的措施。實踐證明，通過對軸承改型，使用國產軸承同樣能夠確保光整機升降輥的正常運行，不僅降低了設備故障率，而且還降低了備件及維修費用，創造了可觀的經濟效益。