酸軋拉矯機(jī)工作輥軸承抱死問題的分析與對(duì)策

李文山，劉志鵬，王 凱，王全寶

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200）

0 引言

工作輥軸承抱死是很多產(chǎn)線拉矯機(jī)存在的普遍問題，如首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司（以下簡稱京唐公司）1700 酸軋、1420 酸軋產(chǎn)線拉矯機(jī)均發(fā)生過工作輥軸承抱死情況。1420酸軋產(chǎn)線拉矯機(jī)由三對(duì)輥箱組成，其中兩對(duì)為彎輥箱、一對(duì)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(jià)格昂貴，非正常換輥代價(jià)較大。

拉矯機(jī)工作輥軸承內(nèi)置于工作輥軸頭部位，無加油點(diǎn)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(shí)際上存在未達(dá)到更換周期就發(fā)生軸承抱死的情況，此時(shí)必須及時(shí)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(jī)曾多次發(fā)生工作輥軸承抱死的問題，本文將針對(duì)這一問題進(jìn)行分析探討。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 軸承抱死演化過程

拉矯機(jī)軸承抱死的過程可分為如下4 個(gè)階段。

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

（2）工作輥發(fā)生軸向竄動(dòng)。當(dāng)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(shí)，工作輥向一側(cè)移動(dòng)。由于工作輥軸頭與兩側(cè)壓蓋間有1.5 mm 的間隙，當(dāng)偏移量達(dá)到1.5 mm 時(shí)軸端被壓蓋壓緊不動(dòng)，內(nèi)部軸承開始運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)軸承開始承受軸向力。

（3）軸承抱死。工作輥軸承長時(shí)間承受過大軸向力，造成軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)損壞、軸承抱死，此時(shí)偏移側(cè)軸頭隨工作輥一起轉(zhuǎn)動(dòng)，軸頭與壓蓋之間發(fā)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(fā)生劇烈摩擦，溫度急劇升高，表現(xiàn)為軸頭燒紅狀態(tài)。

1.2 抱死軸承解體情況

對(duì)發(fā)生抱死而下線的軸頭進(jìn)行解體分析：①軸承安裝形式為背靠背安裝，與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)一致；②發(fā)生抱死前軸承潤滑情況不可知，因?yàn)檩S頭經(jīng)過高溫?zé)t后，潤滑油已經(jīng)燃燒殆盡。不過工作輥?zhàn)恿硪粋?cè)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(jī)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(gè)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(dǎo)致抱死。下面對(duì)引起拉矯機(jī)工作輥軸向力的各個(gè)因素進(jìn)行分析。

2.1 水平度影響

理想狀態(tài)下，拉矯機(jī)工作輥處于完全水平狀態(tài)，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(shí)際工作狀態(tài)下工作輥不水平，處于傾斜狀態(tài)，工作輥將承受帶鋼施加的軸向分力（圖1）：工作輥右側(cè)偏高，工作輥在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中將發(fā)生向左側(cè)的軸向竄動(dòng)，導(dǎo)致工作輥軸承承受此軸向力。

圖1 非水平狀態(tài)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(duì)輥?zhàn)虞S承受力產(chǎn)生較大影響。圖2 為拉矯機(jī)工作輥俯視圖：工作輥與帶鋼運(yùn)行方向夾角不等于90°，選取帶鋼與輥?zhàn)酉嘟佑|的一點(diǎn)m 為研究對(duì)象，m 點(diǎn)處帶鋼速度Vs與輥面線速度Vr有一個(gè)夾角，兩者必然有一速度差ΔVsr，于是帶鋼對(duì)輥?zhàn)赢a(chǎn)生一個(gè)與ΔVsr方向相反的摩擦力F，使輥?zhàn)友谾方向軸向竄動(dòng)[1]，工作輥軸頭與壓蓋接觸，此時(shí)軸承將承受此摩擦力。

圖2 垂直度偏差時(shí)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(cè)邊浪、雙側(cè)邊浪、中浪、單側(cè)1/4 浪、雙側(cè)1/4 浪等5 種形態(tài)。如果浪形是對(duì)稱的，則帶鋼一般不會(huì)跑偏，也不會(huì)對(duì)工作輥形成軸向力。但是單邊浪、單側(cè)1/4 浪帶鋼有跑偏趨勢(shì)[2]。帶鋼跑偏的同時(shí)，對(duì)輥?zhàn)右灿信c跑偏方向相同的軸向力。

現(xiàn)以單邊浪形為例（圖3）：存在單側(cè)邊浪的帶鋼一邊松一邊緊，酸軋拉矯機(jī)前后張力輥（主動(dòng)輥）對(duì)帶鋼的作用力也一邊大一邊小，因而相應(yīng)的先行帶鋼對(duì)輥?zhàn)由蠋т摰臓恳Φ暮狭ζx了輥?zhàn)拥闹行木€一定的角度，如果將此力分解，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)側(cè)向力，這個(gè)側(cè)向力指向有浪形一邊，因而帶鋼有向有浪形一側(cè)跑偏趨勢(shì)，同時(shí)帶鋼將帶動(dòng)拉矯機(jī)工作輥同向竄動(dòng)。由此可知，對(duì)于不對(duì)稱板形，拉矯機(jī)工作輥向浪形大的方向竄動(dòng)，該側(cè)軸頭軸承就會(huì)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(duì)輥?zhàn)虞S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(jī)工作輥軸頭，承受一定的軸向力。成對(duì)使用時(shí)，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(huì)增大軸承的軸向游隙；正裝則相反，軸受熱膨脹伸長會(huì)減小軸承的軸向游隙，容易發(fā)生抱死。因此，對(duì)于拉矯機(jī)工作輥軸承這種容易受軸向力的工況，其安裝形式應(yīng)設(shè)計(jì)為反裝。拉矯機(jī)工作輥軸頭部位設(shè)計(jì)為反裝，該部位溫度升高時(shí)，軸頸受熱膨脹并帶動(dòng)兩個(gè)軸承內(nèi)圈向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)滾動(dòng)體與內(nèi)外圈的間隙變大，不容易發(fā)生抱死。另外，工作輥軸承采用嵌入式安裝，內(nèi)部潤滑情況容易被忽視，如工作輥安裝完成后長時(shí)間放置，內(nèi)部潤滑油過期變質(zhì)等，都會(huì)造成軸承潤滑不良，加速內(nèi)部結(jié)構(gòu)的磨損、破壞，最終抱死。

2.5 工作輥與支撐輥間隙影響

設(shè)備運(yùn)行時(shí)，工作輥同時(shí)與支撐輥、帶鋼接觸。理想狀態(tài)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(shí)工作輥不發(fā)生軸向竄動(dòng)。

由此狀態(tài)可反推出拉矯機(jī)輥箱的線下理想狀態(tài)，此時(shí)工作輥上方無帶鋼，工作輥與支撐輥的彈性變形恢復(fù)，支撐輥與工作輥間隙情況應(yīng)如圖4 所示：兩側(cè)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(yīng)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(shí)，應(yīng)將直徑略大的支撐輥安裝在中間部位，兩側(cè)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(yōu)化作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

京唐公司1420 酸軋以前的標(biāo)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(yōu)化后，在原有標(biāo)零流程中加入如下內(nèi)容，保證水平度可有效預(yù)防軸頭抱死現(xiàn)象的發(fā)生。具體步驟如下：

（1）將裝配好的下輥箱放入拉矯機(jī)機(jī)架內(nèi)部。

（2）驅(qū)動(dòng)下輥箱升降的螺旋千斤頂上升直至將下輥箱頂起。

（3）測(cè)量工作輥水平度。

（4）抽出下輥箱，調(diào)整螺旋千斤頂高度。

（5）復(fù)測(cè)下工作輥水平度。

（6）按照原有步驟測(cè)量調(diào)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(diǎn)位，使用周期為3 個(gè)月，3 個(gè)月內(nèi)無法對(duì)軸承進(jìn)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(dòng)加油點(diǎn)（圖5）。利用檢修時(shí)間對(duì)工作輥軸頭進(jìn)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(jié)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(duì)工作輥軸承軸向力的影響情況。最后根據(jù)分析結(jié)果，結(jié)合拉矯機(jī)各工作輥目前所處的工作狀態(tài)，提出解決軸承抱死的可行方案：①優(yōu)化標(biāo)零流程，加入水平度調(diào)整步驟，保證拉矯機(jī)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(duì)工作輥軸頭進(jìn)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(jī)軸頭的抱死次數(shù)，有效改善了后續(xù)生產(chǎn)過程中拉矯機(jī)軸頭抱死的問題。