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中板軋機(jī)油膜軸承使用情況分析

2024-03-05

趙軍,趙杰

摘 要:酒鋼2800mm中板軋機(jī)支承輥油膜軸承,使用壽命明顯低于同行業(yè)相關(guān)企業(yè),雖然其中存在這樣或那樣的客觀因素,如牌坊窗口的疲勞損壞造成間隙增大的影響,軋制工藝方面的影響等,但從總體情況分析來看, 其他一些細(xì)節(jié)方面的因素也會直接影響到它們的使用壽命,為了能夠更好地了解和掌握這方面的問題,排除油膜軸承在使用方面的不利因素,通過分析總結(jié)來加以論述。同時(shí)也可作為同行業(yè)設(shè)備借鑒、研究、探討的理論參考。

酒鋼集團(tuán)宏興股份公司(全文簡稱酒鋼)中板軋機(jī)油膜軸承使用壽命較短,2012年使用某公司修復(fù)的油膜軸承,在上線使用累計(jì)5個(gè)多月后損壞,解體檢查發(fā)現(xiàn)油膜軸承受力點(diǎn)靜壓區(qū)附近,巴士和金大面積脫落無法使用。其后,上線一套某公司原裝油膜軸承,在使用不到1年的情況下亦出現(xiàn)巴氏合金剝落損壞現(xiàn)象。在2014年裝配上線另外一家公司修復(fù) 的油膜軸承,在使用8個(gè)月左右,又出現(xiàn)了巴士和金局部塑性流動(dòng)和剝落現(xiàn)象。對比相關(guān)企業(yè)油膜軸承使用情況,據(jù)悉,韓國浦項(xiàng)油膜軸承使用壽命在五年以上[1],而武鋼4200mm 特厚鋼板軋機(jī)油膜軸承襯套壽命好成績更是達(dá)到了13年。因此,相比于這些企業(yè),酒鋼油膜軸承使用壽命相對偏低,需要不斷摸索和總結(jié)使用方面的不利因素,并加以改造和控制,已達(dá)到提高油膜軸承使用壽命的目的,同時(shí)也會降低采購成本。

1、中板油膜軸承使用方面存在的不利因素

1.1 、油膜軸承靜壓系統(tǒng)方面的問題

酒鋼中板2800mm軋機(jī)油膜軸承(KL型),是太重股份公司在1997 年為酒鋼設(shè)計(jì)制造的產(chǎn)品,多年來雖更換過采購廠家,但油膜軸承的基本結(jié)構(gòu)沒有改變,一直采用原來的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),其工作原理是,由3臺德國 URAKA 公司制造的KD716高壓柱塞泵 (正常工作時(shí)為2用1備)提供130 MPa靜壓油,3臺泵的出口與一閥組相連,閥組有8個(gè)出口與8根油路相連,分別將液壓油輸送到操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)上、下油膜軸承的8個(gè)靜壓油腔,以保證在靜壓油腔周圍形成油膜。這種結(jié)構(gòu)在油膜形成區(qū)不具備自動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)償功能,而經(jīng)多個(gè)中厚板生產(chǎn)廠家使用驗(yàn)證,在軋機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程當(dāng)中,支承輥軸承座與襯套之間以及輥徑與錐套之間會存在間隙的變化,這種間隙的變化會造成錐套和襯套間的不對中現(xiàn)象,使得錐套在襯套內(nèi)發(fā)生傾斜,造成襯套內(nèi)軸向兩側(cè)之間的 間隙不一致,間隙小的一面油膜的形成可能會非常薄,從而導(dǎo)致襯套表面的巴氏合金受到損傷。同時(shí),不對中現(xiàn)象也會對軋制鋼板的板型產(chǎn)生一定影響。

1.2 、下支承輥軸承座支撐墊方面的問題 

下支承輥兩側(cè)軸承座下面的支撐墊,每次標(biāo)高調(diào)整時(shí)基本都存在標(biāo)高偏差,兩側(cè)的偏差量基本保持在1~4mm之間,造成下支承輥不能夠保持理想的水平狀態(tài),而錐套和襯套裝配時(shí),它們之間在徑向控制的間隙基本為 0.88mm左右,也就是說,如果兩側(cè)軸承座支撐墊標(biāo)高差值超過0.88 mm,從理論上講就有可能會對油膜軸承內(nèi)壁造成傷害,因?yàn)榇藭r(shí)錐套與襯套之間的油膜間隙基本為零(此處暫不考慮其他部位存在的間隙),如果兩側(cè)支撐墊標(biāo)高偏差值大于0.88mm,一旦油膜軸承徑向間隙完全被占 滿,在下支承輥的撬動(dòng)作用下,則勢必會進(jìn)一步引發(fā)軸承座向標(biāo)高較低一側(cè)傾斜,此時(shí)會造成下支承輥軸承座下面的支撐墊受力面積減小,單位面積上的壓力增大,出現(xiàn)支撐墊被壓裂的情況。

下支承輥軸承座下方的支撐墊表面為平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),支承輥在縱向傾斜時(shí)沒有自我調(diào)節(jié)能力,其產(chǎn)生的結(jié)果和上面描述相同,油膜軸承受到傷害,支撐墊局部受力被壓壞(見圖1)

1.3、 油膜軸承液壓油方面的問題

酒鋼中板軋機(jī)支承輥油膜軸承機(jī)械油為殼牌威達(dá)利M680,因環(huán)境因素影響,支承輥工作時(shí),冷卻水會不斷的進(jìn)入油膜軸承并隨回油返到油膜軸承油箱,油箱中水油混雜,目前除水的方法就是通過油箱下方的排泄閥,從油箱底部將水放掉。雖然M680機(jī)械油融水性較低,但依照油膜軸承標(biāo)準(zhǔn)要求,油中含水量超過3%就會對油膜形成產(chǎn)生不利影響,而我們目前的使用情況應(yīng)該是超出這一指標(biāo)的。另外,油液在長期使用中,必然會參雜一些進(jìn)入的雜質(zhì)和自身摩擦脫落的金屬顆粒,如不能及時(shí)清理干凈,也會直接影響到油膜軸承的使用壽命。再有,從經(jīng)濟(jì)效益來講,在排水過程中,部分潤滑油也會隨之排出,造成油品浪費(fèi),據(jù)近幾年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),平均每年需往油箱中補(bǔ)油39桶(包括泄漏造成的油液損失),消耗資金15萬元左右。

1.4 、油膜軸承修復(fù)質(zhì)量方面的問題

因油膜軸承價(jià)格較高,目前中板采購一套油膜軸承的價(jià)格為38萬元,修復(fù)一套油膜軸承的價(jià)格為10萬元左右,為節(jié)約采購成本,對舊?油膜軸承進(jìn)行修復(fù)是我們采取的主要方式,但就修復(fù)后的油膜 軸承與新采購的油膜軸承工作情況比較來看,新油膜軸承的使用壽命還是要長一些。具體分析這里面的?素,從目前襯套鋼體和巴氏合金結(jié)合方式來看, 修復(fù)廠家會采取和新油膜軸承一樣的工藝去進(jìn)行,應(yīng)當(dāng)不會產(chǎn)生什么問題,關(guān)鍵可能是在巴氏合金層 厚度的把握上會出現(xiàn)一些問題。因舊的油膜軸承在 修復(fù)時(shí),襯套兩金屬的結(jié)合面需要重新加工處理,這樣無疑會加大襯套鋼體的內(nèi)徑尺寸。同時(shí),舊的錐套外表面在使用過程中也會產(chǎn)生磨損,再加上表面的鏡面處理,無疑會使其外徑表面尺寸減小。廠家在重新澆鑄巴氏合金時(shí),為保證錐套和襯套之間的配合間隙,必然會增加巴氏合金層的厚度,這樣一來,就會使巴氏合金層的疲勞壽命降低,從而降低了修復(fù)油膜軸承的使用期限(見圖 2)[2]。

2、解決中板油膜軸承存在問題的方法 

2.1 、油膜軸承靜壓系統(tǒng)問題解決辦法

為了解決目前中板油膜軸承因不對中現(xiàn)象可能對其造成的損害,經(jīng)多方資料考證認(rèn)為,在油膜軸承襯套油路中增設(shè)阻尼器,可以解決此類問題,其原理如圖3所示,當(dāng)油膜軸承出現(xiàn)不對中現(xiàn)象時(shí),錐套在襯套中會發(fā)生傾斜,此時(shí)會出現(xiàn)一側(cè)間隙變大,一側(cè)間隙變小,間隙變大的一側(cè)因空間增大,使得油的流量增大,經(jīng)過阻尼器后其壓力降變大,從而達(dá)到減壓 的作用。相反,間隙變小的一側(cè),油的流量減小,油通 過阻尼器后壓力降變小,使得壓力得到提升,通過兩側(cè)壓力的一增一減,使油膜軸承達(dá)到新的平衡點(diǎn),從 而減小或消除其不對中現(xiàn)象,同時(shí)對油膜軸承起到保護(hù)作用。

2.2、 支撐墊標(biāo)高偏差問題解決辦法

將下支承輥軸承座下面的支撐墊設(shè)計(jì)成弧形面,這樣在兩側(cè)的標(biāo)高產(chǎn)生偏差時(shí),下支承輥兩面的軸承座就會沿支撐墊弧形面自行調(diào)整,使得下支承輥的軸線始終與軸承座的軸線保持平行,而不是像支撐墊表面為平面時(shí)那樣,造成它們的軸線不平行,并且在偏差過大時(shí)支承輥會撬動(dòng)軸承座產(chǎn)生傾斜, 從而對油膜軸承造成傷害。另外,支撐墊改為弧形面以后,因軸承座可自行調(diào)整,支撐墊弧形表面會始終全面接觸,這樣不僅消除了原支撐墊局部受力現(xiàn)象,同時(shí),對整個(gè)輥系的著力也會產(chǎn)生優(yōu)化。從理論認(rèn)知上來講,因問題起源于兩側(cè)支撐墊標(biāo)高偏差,在一側(cè)標(biāo)高偏低時(shí),基本是以一側(cè)支撐墊中心線為原點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng),所以,支撐墊表面弧度的確定可以兩側(cè)支撐墊中心線之間的距離作為半徑來加工獲取,酒鋼中板軋機(jī)這一距離大概是R=4.2 m(見圖 4)。

2.3 、油膜軸承液壓油方面的處理方法

在中板軋機(jī)支承輥油膜軸承液壓站中,液壓系統(tǒng)原始設(shè)備設(shè)計(jì)當(dāng)中含有油水分離處理部分,但在實(shí)際運(yùn)營當(dāng)中卻從未投入使用,原因是當(dāng)時(shí)的技術(shù)不成熟,雖安裝了這部分設(shè)備,但在具體使用時(shí)并不理想。鑒于此,可見油水分離系統(tǒng)在油膜軸承液壓系統(tǒng)當(dāng)中的配備是很重要的,而我們目前在這方面是有缺失的。目前,要改變這種現(xiàn)狀有兩種辦法:

1)選用摩根公司提供的超級抗乳化油(SD 油),這種油的特點(diǎn)是能在較低溫度下和水快速分離,降低油的乳化程度,從而保證油品質(zhì)量。前提是需要上 一套油處理系統(tǒng)給油加熱除水。

2)增加真空油水分離機(jī),目前,國內(nèi)某些公司生產(chǎn)的凈油機(jī)兼具了真空除水、油品凈化、指標(biāo)監(jiān)控、自動(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)行等智能,完全能夠滿足現(xiàn)場需求,解決液壓油存在的問題。這兩種辦法的主要問題就是前期資金投入問題,抗乳化油的成本肯定是要高一些, 而且還要上一套液壓油處理系統(tǒng)。上一臺凈油機(jī)也需要幾十萬的資金。但從長遠(yuǎn)來看,設(shè)備到位后,如果油膜軸承的使用壽命能比以前延長一年,則兩套油膜軸承(一根支承輥每次必須更換兩套)就可節(jié)約采購資金75萬元左右,而且,每年的油品節(jié)約成本也可達(dá)8萬元左右,還是很值得的。

2.4、 油膜軸承的修復(fù)應(yīng)采取的方式

1)采用高強(qiáng)度巴氏合金。目前修復(fù)廠家大部分采用的可能是錫基巴氏合金或鎘基巴氏合金(因鉛 基巴氏合金遇水易腐蝕),在正常情況下,使用這兩 種巴氏合金應(yīng)當(dāng)問題不大,但如果巴氏合金層加厚, 則勢必降低其疲勞壽命,在這種情況下,如果采用高強(qiáng)度巴氏合金(目前摩根公司已開發(fā)出來),則可以彌補(bǔ)因厚度增加帶來的危害。

2)保留舊的錐套,襯套重新制造。可根據(jù)舊錐套的外徑尺寸(鏡面處理后),來重新配制襯套,這樣,可以保證巴氏合金層的合理厚度,適當(dāng)增加襯套鋼體的內(nèi)徑尺寸,從而提高油膜軸承的使用壽命。反之亦然,即重新制造錐套來滿足襯套的修復(fù)質(zhì)量,這要根據(jù)修復(fù)前的實(shí)際檢測情況來定。

3、結(jié)語

軋機(jī)油膜軸承使用??想,里面存在的因素很多,有使用方面的因素,也有其結(jié)構(gòu)方面的因素,但對酒鋼中板油膜軸承使用情況來看,上面提到的幾個(gè)問題比較關(guān)鍵,當(dāng)然,也還會有其他方面的影響因素。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃志堅(jiān).軋機(jī)軋輥與軸承使用維修技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版 社,2008:1.

[2] 濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,1991.

來源:山西冶金

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