酸軋拉矯機工作輥軸承抱死問題的分析與對策

李文山，劉志鵬，王 凱，王全寶

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山 063200）

0 引言

工作輥軸承抱死是很多產線拉矯機存在的普遍問題，如首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司（以下簡稱京唐公司）1700 酸軋、1420 酸軋產線拉矯機均發生過工作輥軸承抱死情況。1420酸軋產線拉矯機由三對輥箱組成，其中兩對為彎輥箱、一對為矯直輥箱，工作輥均采用納米輥。納米輥輥面硬度高，使用壽命長，但價格昂貴，非正常換輥代價較大。

拉矯機工作輥軸承內置于工作輥軸頭部位，無加油點位，與工作輥一起整體更換。工作輥的正常更換周期為30 萬噸，但實際上存在未達到更換周期就發生軸承抱死的情況，此時必須及時更換工作輥及其燒損壓蓋和耐磨墊。

在使用過程中京唐公司的酸軋拉矯機曾多次發生工作輥軸承抱死的問題，本文將針對這一問題進行分析探討。

1 現狀分析

1.1 軸承抱死演化過程

拉矯機軸承抱死的過程可分為如下4 個階段。

（1）工作輥開始承受軸向力。工作輥同時受到帶鋼給的軸向力以及支撐輥給的摩擦力，當軸向力較小時，工作輥與支撐輥間的靜摩擦力能平衡這個力，工作輥不發生移動。

（2）工作輥發生軸向竄動。當帶鋼給工作輥的軸向力大于支撐輥給工作輥的最大靜摩擦力時，工作輥向一側移動。由于工作輥軸頭與兩側壓蓋間有1.5 mm 的間隙，當偏移量達到1.5 mm 時軸端被壓蓋壓緊不動，內部軸承開始運轉，此時軸承開始承受軸向力。

（3）軸承抱死。工作輥軸承長時間承受過大軸向力，造成軸承內部結構損壞、軸承抱死，此時偏移側軸頭隨工作輥一起轉動，軸頭與壓蓋之間發生摩擦。

（4）軸頭燒紅。磨損耐磨墊之后，軸頭與壓蓋的金屬部分發生劇烈摩擦，溫度急劇升高，表現為軸頭燒紅狀態。

1.2 抱死軸承解體情況

對發生抱死而下線的軸頭進行解體分析：①軸承安裝形式為背靠背安裝，與圖紙設計一致；②發生抱死前軸承潤滑情況不可知，因為軸頭經過高溫燒紅后，潤滑油已經燃燒殆盡。不過工作輥子另一側未抱死軸承的潤滑情況良好，并無缺油情況。

2 理論分析

由軸承抱死演化過程可知，引起拉矯機工作輥軸承抱死的根本原因在于工作輥承受了帶鋼的軸向力，這個力最終作用于工作輥軸承上，工作輥軸承長期承受較大軸向力導致抱死。下面對引起拉矯機工作輥軸向力的各個因素進行分析。

2.1 水平度影響

理想狀態下，拉矯機工作輥處于完全水平狀態，帶鋼板形平直，帶鋼施加給工作輥均勻垂直向下的作用力，工作輥幾乎不承受軸向力；而實際工作狀態下工作輥不水平，處于傾斜狀態，工作輥將承受帶鋼施加的軸向分力（圖1）：工作輥右側偏高，工作輥在運轉過程中將發生向左側的軸向竄動，導致工作輥軸承承受此軸向力。

圖1 非水平狀態下工作輥的受力示意

2.2 垂直度影響

工作輥垂直度同樣對輥子軸承受力產生較大影響。圖2 為拉矯機工作輥俯視圖：工作輥與帶鋼運行方向夾角不等于90°，選取帶鋼與輥子相接觸的一點m 為研究對象，m 點處帶鋼速度Vs與輥面線速度Vr有一個夾角，兩者必然有一速度差ΔVsr，于是帶鋼對輥子產生一個與ΔVsr方向相反的摩擦力F，使輥子沿F方向軸向竄動[1]，工作輥軸頭與壓蓋接觸，此時軸承將承受此摩擦力。

圖2 垂直度偏差時工作輥的俯視圖

2.3 帶鋼板形缺陷影響

帶鋼的浪形大體分為單側邊浪、雙側邊浪、中浪、單側1/4 浪、雙側1/4 浪等5 種形態。如果浪形是對稱的，則帶鋼一般不會跑偏，也不會對工作輥形成軸向力。但是單邊浪、單側1/4 浪帶鋼有跑偏趨勢[2]。帶鋼跑偏的同時，對輥子也有與跑偏方向相同的軸向力。

現以單邊浪形為例（圖3）：存在單側邊浪的帶鋼一邊松一邊緊，酸軋拉矯機前后張力輥（主動輥）對帶鋼的作用力也一邊大一邊小，因而相應的先行帶鋼對輥子上帶鋼的牽引力的合力偏離了輥子的中心線一定的角度，如果將此力分解，則會產生一個側向力，這個側向力指向有浪形一邊，因而帶鋼有向有浪形一側跑偏趨勢，同時帶鋼將帶動拉矯機工作輥同向竄動。由此可知，對于不對稱板形，拉矯機工作輥向浪形大的方向竄動，該側軸頭軸承就會承受軸向力，且浪形越大承受的軸向力越大。

圖3 板型缺陷對輥子軸向力影響

2.4 軸承安裝形式及潤滑情況影響

角接觸球軸承可以承受一定的軸向力，適合安裝于拉矯機工作輥軸頭，承受一定的軸向力。成對使用時，能夠承受雙向軸向力。安裝形式有正裝和反裝兩種：反裝情況下，軸的受熱膨脹伸長會增大軸承的軸向游隙；正裝則相反，軸受熱膨脹伸長會減小軸承的軸向游隙，容易發生抱死。因此，對于拉矯機工作輥軸承這種容易受軸向力的工況，其安裝形式應設計為反裝。拉矯機工作輥軸頭部位設計為反裝，該部位溫度升高時，軸頸受熱膨脹并帶動兩個軸承內圈向兩側運動，此時滾動體與內外圈的間隙變大，不容易發生抱死。另外，工作輥軸承采用嵌入式安裝，內部潤滑情況容易被忽視，如工作輥安裝完成后長時間放置，內部潤滑油過期變質等，都會造成軸承潤滑不良，加速內部結構的磨損、破壞，最終抱死。

2.5 工作輥與支撐輥間隙影響

設備運行時，工作輥同時與支撐輥、帶鋼接觸。理想狀態為工作輥與支撐輥緊密且充分接觸，這樣兩輥之間的靜摩擦力足以平衡帶鋼給工作輥的軸向力，此時工作輥不發生軸向竄動。

由此狀態可反推出拉矯機輥箱的線下理想狀態，此時工作輥上方無帶鋼，工作輥與支撐輥的彈性變形恢復，支撐輥與工作輥間隙情況應如圖4 所示：兩側1#、5#支撐輥處間隙最大，2#、4#支撐輥處間隙次之，中間3#支撐輥處應無間隙，1#～5#支撐輥間隙偏差量不超過0.02 mm。因此安裝輥箱時，應將直徑略大的支撐輥安裝在中間部位，兩側支撐輥直徑依次遞減，且同列支撐輥直徑偏差量不超過0.02 mm。

圖4 上線前支撐輥與工作輥間隙情況

3 軸承抱死防范措施

3.1 優化作業標準

京唐公司1420 酸軋以前的標零方法，只能保證上、下工作輥之間的平行度，但不能保證上、下工作輥的水平度。優化后，在原有標零流程中加入如下內容，保證水平度可有效預防軸頭抱死現象的發生。具體步驟如下：

（1）將裝配好的下輥箱放入拉矯機機架內部。

（2）驅動下輥箱升降的螺旋千斤頂上升直至將下輥箱頂起。

（3）測量工作輥水平度。

（4）抽出下輥箱，調整螺旋千斤頂高度。

（5）復測下工作輥水平度。

（6）按照原有步驟測量調整上下輥平行度。

3.2 軸頭潤滑形式改造

原有軸頭無加油點位，使用周期為3 個月，3 個月內無法對軸承進行加油，到期后直接下線更換新備件，此期間不能保證軸承潤滑到位。更改軸頭潤滑形式后，在軸頭端部增加手動加油點（圖5）。利用檢修時間對工作輥軸頭進行加油，保證軸承潤滑到位，延長了軸承使用壽命。

圖5 軸頭潤滑形式改造

4 結論

本文主要分析了不同板形、工作輥水平度、工作輥垂直度、工作輥與支撐輥間隙情況、軸承安裝形式等因素對工作輥軸承軸向力的影響情況。最后根據分析結果，結合拉矯機各工作輥目前所處的工作狀態，提出解決軸承抱死的可行方案：①優化標零流程，加入水平度調整步驟，保證拉矯機工作輥水平度；②抽檢工作輥軸承潤滑情況、軸承安裝形式；③對工作輥軸頭進行改造，增加加油嘴并定期加油等措施。通過上述方法大大減少了拉矯機軸頭的抱死次數，有效改善了后續生產過程中拉矯機軸頭抱死的問題。