轧机四列轴承结构优化提升轧机使用寿命

立题背景

一线悬臂式轧机是由美国布兹泼罗公司设计，由新日本工机制作的二十世纪八十年代高速线材生产线中轧机、预精轧机组。自1989年投产以来，已使用20多年。经过1999年改造，坯料由135*135方坯改为150*150方坯，目前生产能力已有原来的年产35万吨提高到了55万吨。中轧机、预精轧机区域每月事故时间占总事故时间的50%左右，成本消耗占用总成本的40%左右。在生产实践中高线技术人员和设备维护人员为降低Φ300、Φ400事故率从轧机结构改进、密封形式改进、装配过程优化、油品清洁度指标提升，含水量等级提升等方面做了大量工作，取得了一定效果。但以上措施都没有从根本上解决轧机轴承使用寿命短这一核心问题。悬臂式轧机有着无扭转轧制、调整精度高、换辊速度快、设备结构简单、布置紧凑、检修维护方便、轧制品种丰富等优点，更能适应变幻莫测，竞争激烈的钢材市场。因此保持一高线的生产稳定对唐钢第二钢轧厂的发展显得尤为重要。

针对四列轴承每一列滚动体承载不一样，磨损不均匀这一状况，结合现场实际情况，课题组拟定从两方面对四列圆柱滚子轴承进行改进创新。第一把轴承内圈外表面加工一定的锥度补偿轴的微小弯曲变形，滚动体、外圈尺寸不变，使改进后的四列滚子轴承在轧辊轴轻微弯曲时每列滚动体受力均匀；第二将梳型铜合金保持架改为窗式冲压钢保持架。改进后的轴承在故障率高，滚动体受力不均匀状况比较明显的15#轧机试用。在保证轧机的、装配要求、轧机负荷等环境条件不变的情况下检测轴承使用状况，及时总结并调整改进。使用成功后逐渐推广到其他架次轧机。

技术方案与创新性成果

（一）技术方案

1、高线悬臂式轧机的结构

高线悬臂式轧机结构见图一

其传动方式是电机发出的动力经过齿形联轴器传给齿轮箱，经过变速后，带动安装于辊箱摇臂上的轧辊轴，通过安装在轧辊轴上的轧辊实现线材的轧制。

2、轧辊轴受力分析

在轧钢过程中轧辊受到齿轮的传动力矩、轧制力和轧制力矩共同作用。轧辊主要受到轧制力作用产生弯曲变形，由于轧辊轴各部直径相差不大，为计算简便，将轧辊轴受力简化成力学简图，用材料力学中计算伸出梁挠曲方法处理。以四列滚子轴承远离轧辊侧的单列滚动体为支点，计算轧辊靠近轧辊侧单列滚动体处产生的弯曲挠度。

3、轧辊的受力计算

在计算轧辊的弯曲变形时，不同的钢种、不同轧制速度、不同的辊径轧辊轴所受轧制力不同，由此轧辊弯曲的挠度也不同。如果按最大轧制力计算，当轧制的某些钢种时轧辊轴所受轧制力达不到设计轴承的轧制力时，会导致轴承内圈靠近轧辊侧与滚动体及外圈没有接触从而加剧远离轧辊侧滚动体的磨损及轧辊轴的疲劳断裂。因此按最小轧制力计算轧辊轴受轧制力时产生的挠度。

4、轧辊弯曲挠度计算

轧辊弯曲挠度计算应用材料力学中悬臂梁挠曲线方程：

5、轴承保持架的改进

四列圆柱滚子轴承保持架多为梳型铜合金制造，其结构如图五a。在使用中我们发现，这种保持架结构在冲击振动较大时铜齿容易断裂，断裂的铜齿会直接导致轴承烧毁。针对这种情况，课题组决定用钢制组合保持架替代铜合金制造轴承保持架，其结构如图五b。在冲击振动大时，钢制组合保持架的结构使其机械性能胜过铜合金保持架，并且滚动体与保持架之间的摩擦系数减少，降低了轴承的发热量。钢制组合保持架由立柱和挡圈组合而成。保持架立柱用优质炭素结构钢08F冷拔成型；两挡圈用冷轧钢板Q195冲压成型，优质炭素结构钢08F的机械性能屈服强度每平方毫米不小于18公斤力；抗拉强度每平方毫米不小于30公斤力；延伸率不小于35%；收缩率不小于60%；布氏硬度值每平方毫米不大于131公斤力。08F的机械性能完全满足于加强型四列圆柱滚子轧机轴承保持架的使用需要，而且优于黄铜制造该类保持架的机械性能。

实施效果

15#立式轧机使用未改进的四列圆柱滚子轴承在线使用在周期为30天，因轴承保持架损坏更换轧机或因轴承四列滚动受力不均导致靠近轧辊侧滑道损坏而更换轧机的情况经常发生。图a）所示为改进前轴承四列滚动体受力不均导致靠近轧辊侧滑道损坏。由此可见四列轴承内圈的磨损由内侧到轧辊逐渐严重。图b）为改进后的轴承安装在15#轧机在线使用60天滚动体对轴承里圈的磨损情况。可见改进后四列滚动体对轴承内外圈的产生的磨损均匀，说明轴承微锥度补偿了轴的弯曲变形，四列滚动体受力均衡，轴承寿命得以延长。

a）改造前四列轴承滚动体对轴承内圈的磨损从内侧到靠近轧辊侧磨损逐渐严重

b）改造后四列轴承滚动体对轴承内圈的磨损均匀

另外由钢制窗式组合保持架替代梳型铜合金制造轴承保持架，有效避免了在冲击振动大时铜齿断裂导致轴承烧毁事故的发生。

改进后的轴承成本降低，寿命延长，减少了非计划性检修次数，新增经济效益同时，降低了工人的劳动强度，收到了良好的使用效果。