寶鋼5m厚板軋機油膜軸承的特點及應(yīng)用

作者：袁福根　來源：寶鋼技術(shù)

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摘　要：寶鋼分公司厚板廠5m軋機是國內(nèi)第一條特寬幅厚板生產(chǎn)線，油膜抽承是厚板軋機的主要設(shè)備之一，正確認(rèn)識和掌握其特點是提高厚板生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。分析了軋機油膜軸承的結(jié)構(gòu)特點，簡述了厚板軋機油膜軸承的潤滑系統(tǒng)及油膜軸承的自位機構(gòu)，并結(jié)合軋機調(diào)試時出現(xiàn)的問題對自位機構(gòu)進(jìn)行分析和改進(jìn)。同時結(jié)合現(xiàn)場工作經(jīng)驗對開工初期支承棍棍頸和油膜軸承錐套接觸部分出現(xiàn)大量斑點的現(xiàn)象進(jìn)行了分析，并改進(jìn)裝配工藝，臨末消除了斑點的產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：厚板軋機；油膜軸承；自位機構(gòu)

0　引言

2005年3月投產(chǎn)的寶鋼5m寬厚板軋機是國內(nèi)第一條特寬幅厚板生產(chǎn)線，世界上擁有同樣類型的軋機也很少，寶鋼5m厚板軋機投產(chǎn)后，近幾年國內(nèi)相同類型的軋機也相繼上馬。

寶鋼5m厚板軋機有關(guān)軋輥、軸承參數(shù)為：

軋機型式：CVCPLUS四輥可逆式；

工作輥尺寸：Φ 1210/1110×5300mm；

工作輥軸承：四列圓錐滾子軸承；

支承輥尺寸：Φ 2300/2100×4950mm；

支承輥軸承：MORGOIL油膜軸承。

厚板軋機對軋材的精度和板厚偏差控制要求很高，對軋機的各個零部件也提出了相應(yīng)的要求。油膜軸承是軋機的關(guān)鍵部件，為滿足軋機對軋材控制技術(shù)和軋材精度，易于AGC(輥縫自動控制系統(tǒng))控制，裝拆快速方便等特點，支承輥油膜軸承采用美國摩根公司設(shè)計的無鍵薄壁錐套、液壓裝卸、雙向止推結(jié)構(gòu)和組合唇形密封技術(shù)。

1　結(jié)構(gòu)特點分析

1.1 MORGOIL油膜軸承型號的含義

軋機油膜軸承型號80''-76-KLX-DT-LP-HB-S。

80''—支承輥直徑系列數(shù)，說明該軸承使用的軋輥直徑為80'' （≈2m）；

76—油膜軸承工作長度和直徑的百分比；

KLX—無鍵薄壁錐套

DT—雙止推滾子軸承；

LP—組合唇形密封；

HB—液壓鎖緊；

S—對稱輥。

1.2 無鍵薄壁錐套（KLX）

錐套與軋輥一起轉(zhuǎn)動，其連接方式有長鍵、短鍵、無鍵3種類型。普通長鍵錐套結(jié)構(gòu)，連接錐套與軋輥的鍵裝于軋輥上，錐套上開設(shè)一通長鍵槽， 而錐套系薄壁零件，鍵槽的開設(shè)削弱了錐套剛度，在巨大的軋制力作用下，錐套產(chǎn)生不均勻變形，隨著錐套的旋轉(zhuǎn)，油膜厚度形成周期性波動，影響軋材精度和軸承承載能力；短鍵錐套結(jié)構(gòu)把裝于軋輥上的一個長鍵，改為裝于錐套上的兩個短鍵，有效地減少了鍵槽開設(shè)對軋材精度的影響，但錐套上的鍵槽依然在軸承工作區(qū)內(nèi)，影響并未完全消除，只是有所改善；無鍵錐套結(jié)構(gòu)是將錐套鍵槽開在近法蘭端錐輥頸部分，使錐套與軋輥相接觸的錐面無鍵槽，消除了鍵槽開設(shè)對錐套剛度的影響，軸承工作時，油膜壓力和軸承彈性變形不會發(fā)生周期性波動，由此提高了軸承承載力。

摩根公司在無鍵錐套的基礎(chǔ)上對錐套進(jìn)行薄壁優(yōu)化設(shè)計，將錐套的壁厚設(shè)計為薄壁型，在相同的軋制條件下，優(yōu)化薄壁設(shè)計有以下優(yōu)點：

（1）相對錐套的外經(jīng)尺寸縮小。錐套結(jié)構(gòu)減小，給整個軋機的設(shè)計帶來很多優(yōu)點，軸承座、軋機牌坊窗口、牌坊高度等一系列尺寸都能減小，節(jié)省投資。

（2）與同一工作直徑的無鍵結(jié)構(gòu)相比，軋輥輥頸直徑可加大，提高承載能力。

1.3 液壓裝卸（HB）

傳統(tǒng)的機械快速拆卸機構(gòu)在裝卸過程中，需將鋼絲繩纏繞在鎖緊鍵螺母上，然后利用行車?yán)瓌愉摻z繩，促使鎖緊螺母轉(zhuǎn)動，推動其他相關(guān)零件的軸向移動，以實現(xiàn)錐套與軋輥的貼緊，使軸承安裝到位。為了達(dá)到這一目的，鋼絲繩將油膜軸承連帶軋輥、軸承座吊離地面時出現(xiàn)行車的吊鉤打轉(zhuǎn)現(xiàn)象。如果鋼絲繩規(guī)格選擇不當(dāng)，還存在鋼絲繩繃斷的危險，鎖緊程度也無法定量控制，只有靠操作工的經(jīng)驗加以判斷，同時裝卸時占用軸承間行車時間較長，影響其他工序的作業(yè)。液壓快速鎖緊結(jié)構(gòu)（HB）保留了原機械快速拆卸結(jié)構(gòu)油膜軸承整體快速裝卸的優(yōu)點，使用油缸活塞機構(gòu)代替原來鎖緊螺母、螺環(huán)結(jié)構(gòu)，在裝卸過程中，只要將液壓移動小車上的快速接頭與油缸活塞機構(gòu)接通，啟動電源便可將軸承安裝到位，鎖緊力可以定量控制，裝卸準(zhǔn)確、快速、安全，減輕了安裝工人的勞動強度。

1.4 雙向止推結(jié)構(gòu)（DT）

雙向止推結(jié)構(gòu)設(shè)計使軋輥兩端為對稱布置，有效地避免不對稱結(jié)構(gòu)油膜軸承容易軸向串動引起密封失效問題，同時提高了零件的通用性和互換性，方便了用戶的備件管理和安裝使用。

1.5 組合唇形密封技術(shù)（LP）

厚板軋機油膜軸承的工作環(huán)境非常惡劣，除受到軋制過程中大量氧化鐵皮等污物的侵襲，還要經(jīng)受大量高?冷卻水沖刷，因此對油膜軸承的密封要求特別嚴(yán)格。否則冷卻水及污物侵人軸承，將使軸承潤滑條件惡化，直接影響油膜形成，使軸承早期損壞，同時也使?jié)櫥腿榛冑|(zhì)、壽命縮短，增大消耗。組合唇形密封裝置在寶鋼5m軋機一年多的實際應(yīng)用證明密封效果很好，未發(fā)生冷卻水及污物侵人軸承內(nèi)的情況。組合唇形密封裝置的結(jié)構(gòu)特點為3道水封，2道油封組合設(shè)置，能有效地封水、封油。

2　油膜軸承的潤滑系統(tǒng)

工作方式為動壓油膜軸承，軸承潤滑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖1。系統(tǒng)能力為490L/min，工作壓力為0.7MPa，供油溫度為40℃。

3　油膜軸承應(yīng)用問題的改進(jìn)

3.1 自位機構(gòu)的改進(jìn)

自位機構(gòu)是油膜軸承配套設(shè)計之一，寶鋼5m厚板軋機設(shè)計自位機構(gòu)補償墊板為圓弧型，圓弧半徑為3370mm圖2。

理論上講在軋制過程中，支承輥在軋件變形抗力的作用下會發(fā)生撓曲變形，軋輥的輥身與輥頸的軸線都會產(chǎn)生彎曲[1]，以致油膜軸承中錐套相對于襯套偏斜，即軸承承載區(qū)域中軸向分布間隙不同，動壓油膜發(fā)布壓力也就不同。圓弧墊板的設(shè)計主要是保證下支承輥受力變形后，軸承座也能相應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)動，以適應(yīng)支承輥受力變形，保證油膜軸承中錐套與襯套的間隙保持不變。

寶鋼5m厚板軋機調(diào)試時發(fā)現(xiàn)安裝在下支承輥軸承座下部的AGC油缸經(jīng)常發(fā)生傾斜（油缸位置見圖3），軋機AGC油缸是目前國內(nèi)軋機中的油缸，AGC油缸的應(yīng)用質(zhì)量直接影響軋線的正常生產(chǎn)。面對AGC油缸傾斜現(xiàn)象，經(jīng)分析，主要原因是下支承輥軸承座在軋件變形抗力的作用下發(fā)生傾斜，自位機構(gòu)軸承座圓弧墊板產(chǎn)生一個水平分力對AGC油缸的活塞桿施加影響，造成油缸活塞傾斜，缸體密封損壞，導(dǎo)致油缸缸體直接與活塞摩擦，液壓油外泄，導(dǎo)致AGC油缸不能正常工作。

通過對油膜間隙、油缸傾斜的綜合分析，為保證AGC油缸的正常工作，對自位機構(gòu)軸承座補償墊板進(jìn)行了2次改進(jìn)，第一次改進(jìn)將圓弧型補償墊板圓弧部分改為平面。改進(jìn)后平面型補償墊板經(jīng)一個月的應(yīng)用，油缸活塞傾斜現(xiàn)象沒有明顯改善，后又進(jìn)行了第二次改進(jìn)。第二次改進(jìn)后經(jīng)半年多的應(yīng)用，油缸活塞傾斜現(xiàn)象明顯改善，油膜軸承工作也未發(fā)生異常情況。

3.2 支承輥輥頸和油膜軸承錐套斑點處理

寶鋼5m厚板軋機支承輥輥頸和油膜軸承錐套的錐度為1:5.647，開工初期支承輥輥頸和油膜軸承錐套接觸部分有大量斑點，分別見圖4，5。這些黑斑的出現(xiàn)使輥頸的幾何精度和油膜軸承的安裝精度受到嚴(yán)重影響，同時在軋輥磨削時輥頸與磨床軸瓦接觸擔(dān)負(fù)著定位作用，因此輥頸的幾何精度也直接影響軋輥的磨削精度，甚至導(dǎo)致軋輥無法磨削。

3.2.1 斑點產(chǎn)生原因分析

由于寶鋼厚板軋機支承輥本身的自重達(dá)226 t，軋制力為100 000 kN，使得錐套內(nèi)表面和支承輥錐形輥頸表面在工作時的接觸應(yīng)力非常大，從理論上講，它們兩者之間需要一個恰如其分的鎖緊力，如鎖緊力稍小，輥頸和錐套間就會存在間隙，給潤滑油帶來流動的空間，由于潤滑油的化學(xué)作用，其酸值升高，脫水度下降，使輥頸和錐套表面上產(chǎn)生一定寬度和深度的黑斑。

3.2.2 處理

在分析斑點產(chǎn)生的原因后，在裝配時注意將鎖緊力加大，結(jié)果在使用一個周期下機拆卸時，出現(xiàn)輥頸緊緊粘在錐套內(nèi)的問題，使拆卸困難。通過進(jìn)一步技術(shù)分析，發(fā)現(xiàn)裝配時有一個重要的數(shù)據(jù)（機械鎖緊螺母與所旋人的外螺紋本體保持的一個相對距離） ，對輥頸與錐套的鎖緊力是否合適十分重要，于是對此數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤觀察，發(fā)現(xiàn)每對輥頸與錐套組合都有自己的合理數(shù)據(jù)。根據(jù)此技術(shù)數(shù)據(jù)改進(jìn)了裝配工藝，建立輥頸與錐套配對組合的檔案，通過檢查每對輥頸與錐套組合表面接觸情況對數(shù)據(jù)范圍進(jìn)行修正，作為裝配時的遵循標(biāo)準(zhǔn)。通過一年多生產(chǎn)實踐，總結(jié)出一套油膜軸承的安裝方法，并制訂成標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的操作規(guī)程，開工初期出現(xiàn)的支承輥輥頸和油膜軸承錐套斑點現(xiàn)象基本消失。

4　結(jié)語

寶鋼5m厚板軋機是國內(nèi)第一條特寬幅厚板生產(chǎn)線，其主要設(shè)備油膜軸承結(jié)構(gòu)特點的認(rèn)識和分析，對設(shè)備更好的應(yīng)用和維護(hù)十分必要。目前特大型油膜軸承的安裝和應(yīng)用國內(nèi)沒有可借鑒的經(jīng)驗，有些理論上的設(shè)計，可能與實際操作有出入，還要經(jīng)過實踐不斷總結(jié)、積累和改進(jìn)。

【參考文獻(xiàn) 】

[1]郭溪泉，李樹青 現(xiàn)代大型軋機油膜軸承[M].北京:機械工業(yè)出版社，1992:225-226.