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軋機軸承原理

軋機油膜軸承技術是壹項系統工程技術,同時也是壹項多學科領域的綜合性工程技術。其發展速度和支撐能力從壹個側面反映了中國工業的發展速度和水平。本文簡要論述了操作技術、制造技術、測試技術、理論研究、產品開發、成套能力等主要方面。

1.操作技術,包括軋機油膜軸承零件的存放、清洗、安裝、調試、操作、維護、診斷、管理等壹整套知識和技能。操作技術的正確應用是軸承安全運行的可靠保證。

50年代初,我國只有鞍鋼冷軋廠可逆軋機配有油膜軸承。其運營管理完全按照蘇聯的相關規定進行。傳統工藝軋制壓力不大,軋制速度低,潤滑系統簡單,操作技術水平相對較低。但在實際操作中,相關管理人員、技術人員、操作工人都非常認真,嚴格按照規程操作,積累使用維護經驗。

但由於對軸承的工作原理缺乏深入了解,壹些不合理的規定沿用了快二十年。例如,軸承零件安裝後,應進行35N/cm2的壓力試驗。如果漏油,應擰緊旋轉密封,直到沒有漏油為止。但這樣的試壓調整後,使用效果並不好,密封壽命短。這種封是帶骨架的“J”型封,用唇封。經過試壓和緊固後,不再是唇形密封,而是緊貼旋轉面的帶狀密封。但畢竟軋機油膜軸承的成功運轉就是從這裏開始的。

60年代初,我國自行裝備的軋機油膜軸承投入運行。舞陽鋼鐵公司4200mm特厚板軋機φ1300mm軋輥油膜軸承、本鋼φ300mm立輥油膜軸承、φ1100mm支承輥等壹批新型軸承投產。前者是單機架軋機。

幾臺多機架軋機油膜軸承的運行,普及和提高了我國軋機油膜軸承的運行技術。在管理方面,我們有專業的技術人員和熟練工人隊伍,有專用的工作場所,油膜軸承有封閉的車間,油膜軸承維護和潤滑人員有明確的崗位職責和操作規程,分工越來越細,管理更加科學規範。由於軸承結構的改進和潤滑系統的更新,軸承的安裝調試和潤滑系統的維護操作比50年代有了很大的進步,油膜軸承在連軋機上的成功使用使操作技術更接近現代水平。

20世紀70年代至80年代,我國先後引進了武鋼1700mm熱冷板連軋機和上海寶鋼總廠2050mm、2030mm熱冷板連軋機,同時成套引進了格爾軸承和MESTA軸承,並對其主要操作人員,包括技術人員和技師進行了崗位培訓。

從90年代開始,軋機和軋機油膜軸承——主要是莫格爾軸承——成套引進,更多的時候是買二手軋制設備的時候,把油膜軸承帶進來,主要類型是莫格爾軸承。這樣,壹些主要類型的軋機,如線材軋機、單機架可逆軋機、半連軋機、連軋機和型材軋機,都裝有油膜軸承;在軸承類型上,有蘇聯液體摩擦軸承、中國TZ牌油膜軸承、美國梅斯塔油膜軸承、莫格爾(油膜)軸承,堪稱當今世界軋機油膜軸承(包括潤滑系統)品種最全的國家。據不完全統計,目前我國有20多家鋼鐵公司(廠),近200臺軋機配有油膜軸承,這是壹個龐大的數字。這種情況足以說明軋機油膜軸承的運行技術在國內已經得到了廣泛的推廣,在當今世界上也達到了壹個新的水平。

2.制造技術:我國軋機油膜軸承主要零部件的研制始於50年代末,是在沒有任何圖紙、資料和專有設備的情況下進行的。軋機油膜軸承主要零件的研制並不容易,從選材、工藝路線、加工方法到專用夾具設計制造都有壹整套工序。從選材上要考慮錐套與減摩材料的匹配,錐套的鍛造工藝,襯套鋼套與減摩材料的組合,鋼套的工藝流程。從工藝路線上來說,既要滿足錐體和襯套的技術要求,同時又要利用現有的加工設備,這就需要理論和實踐很好的結合。比如如何對鋼套管內表面進行物理(包括機械加工)和化學處理,增加結合力;關於加工方法,我們知道在民品中錐套和襯套的加工精度最高,錐套表面粗糙度為Ra0.05μm(襯套為Ra0.2μm),幾何精度高,變形控制困難,表面粗糙度低,需要進行超精加工,表面不允許有多邊形、螺線和振動。專用工裝的設計和制造也很重要,是實現加工方法和保證加工精度的關鍵。

60年代初,完成了在普通機床上研制的油膜軸承主要零件的制造。60年代末,太原重型機器廠建成了軋機油膜軸承專業車間,開始了我國制造軋機油膜軸承的新時期。

3.測試技術,包括兩部分:壹部分是零件加工的測量技術,另壹部分是實驗研究中的測量技術。

由於油膜軸承主要零件的加工精度高,要求測量準確、快速。為了滿足這個要求,首先要有高精度的測量儀器(工具)和與之配套的輔助儀器(工具)。同時,加工過程中的測量和加工後的質量檢驗測量必須采用科學的測量方法和熟練的技術。因此,除了采購和定制高精度的測量儀器(夾具)外,我們還設計和制造了專用儀器(夾具)和附件,並實施了壹套科學的測量方法和程序。這確保了良好的重復性和高精度的測量。

為了深入了解油膜軸承的工作參數,探索規律性,太原重型機械廠從1972開始,在實驗室做了大量的臺架測量和實際運行中軸承載荷、轉速、功耗、供油等內外參數的測量。測試範圍包括軸承工作區域的油膜壓力場、油膜厚度場和油膜溫度場。這些領域的測量非常規,從測量傳感器到二次儀表都沒有現成的儀器。

所以要自己開發。以太原重型機械廠強度實驗室為主體,建設了專業的檢測團隊,聯合清華大學等單位攻關,進行檢測技術和儀器的研發,先後進行了電阻式、電感式、電容式、渦流檢測技術和壹、二次儀表的研發,成功獲取了大量數據,重復性好,規律性強,測量精度高。同時,包括校準、抗幹擾、旋轉信號傳輸以及各種信號的同步測量、記錄和打印等相關技術也得到研究和應用。

4理論研究:軋機油膜軸承主要部件研制成功後,原機械部同時將產品開發和理論研究的任務分配給了太原重型機械廠。60年代初,理論研究工作主要是產品的設計計算,其依據是基於經驗。

隨著軋機裝機容量的不斷提高,推動了軋機油膜軸承的理論研究工作,真正獨立開展理論研究工作,從1974開始。當時的主要工作是從經典潤滑理論出發,探索工作機理,建立數學模型、數值計算方法和準解析方法,進壹步深化理論研究。鑒於經典理論的峰值油膜壓力在100MPa以上,開展了EHL理論的應用研究。當時壹些研究EHL的學者只關註逆接觸高階EHL的研究,而滑動軸承被認為是非典型的EHL問題,甚至有人認為重載油膜軸承不屬於EHL範疇。

1.介紹

150×150×9000的鋼坯通過送料臺架和送料輥道送入蓄熱式推鋼加熱爐,為軋線鋼坯加熱。全連軋生產線由φ550×3、φ450×3、φ380×6和φ320×6軋機組成(其中三臺可垂直轉換)。設計年產量為60萬噸。主要產品為φ12 ~φ40mm熱軋帶肋鋼筋和φ14 ~φ40mm熱軋直圓鋼,長度6 ~ 12m。產品有普通碳素結構鋼(Q195 ~ Q275)和優質碳素結構鋼(15 ~)。

棒材廠的軋機工作條件惡劣,溫度高,粉塵大。但前期由於對設備性能不了解,軋機軸承安裝維護不到位,軋機軸承經常燒壞,軋機不得不臨時重裝,嚴重影響了棒材軋機的生產。可見,正確的使用方法,合理的裝配和維護軸承,可以延長軸承的使用壽命,保證生產的順利進行。

2.影響因素及預防措施

2.1裝配質量

(1)軸承的壽命與軸承座的設計密不可分。如果軸承座設計制造不當,會導致軸的承載能力不均勻,降低軸承的使用壽命。軸承座應能自動調心,以避免因軋輥燒損、彎曲和變形而使軸承產生偏心載荷。

(2)與軸承有關的零部件的尺寸、幾何形狀、精度等級和公差範圍是否與設計相符。

(3)與軸承配合的接觸面的光滑度和硬度是否在規定範圍內,所有的間隙和過盈配合是否符合設計要求,等等。

2.2內外護套的安裝

2.2.1安裝內套

四列圓柱滾子軸承的內套應與輥頸過盈配合,安裝時應加熱至80 ~ 90℃,溫度不得超過100℃。否則容易造成軸承套圈滾道和滾動體退火,影響硬度和耐磨性,導致軸承壽命降低和過早報廢。用加熱法安裝軸承時,油溫達到規定溫度10分鐘後,應迅速將軸承從油中取出,趁熱裝在軸上。如有必要,可使用安裝工具在軸承內圈端面上施加壹點壓力,這樣更容易安裝。軸承安裝到軸上後,必須立即壓緊內圈,直到它冷卻下來。壹般用感應加熱器或機油加熱,禁止用割槍烘烤。內套安裝在輥頸上時,與擋水環緊密接觸,防止擋水環移動。

2.2.2導管架安裝

四列圓柱滾子軸承的外套與軸承座的內孔過渡配合。裝配時,用銅棒將外套、滾子和保持架組成的整體輕輕打入軸承座內,端蓋緊靠內側固定。裝配外套時,應註意端面和保持架端面的標記。不允許裝反,應在軸承開箱時按初始狀態的順序安裝,以防止軸承因滾子受力不均而燒毀。安裝軸承時,軸承應水平放置。軸承安裝後,應標出其受力範圍,以便更換滾子時重點檢查。

2.3軸承密封的合理裝配

軸承密封可選用普通氟橡膠骨架密封,不僅價格便宜,合理使用也能達到良好的效果。軋機處於水平狀態時,兩側靜態迷宮中的軸封環唇口方向必須安裝在軸承外,這樣可以有效防止冷卻水和水垢的飛濺;當軋機處於垂直狀態時,傳動側迷宮中的密封環的唇口朝向軸承安裝,可有效防止潤滑油因重力向下溢出;非傳動側迷宮內密封圈的唇口也朝向軸承外側安裝,可有效防止冷卻水的飛濺。

2.4軸承潤滑脂的合理選擇

由於軸承常用的潤滑脂為普通3#MoS2鋰基潤滑脂,具有粘度高、針入度低、耐高溫、耐高速的缺點,開軋機後軸承潤滑脂幹化、加熱卡澀現象嚴重;而且由於油脂變硬,不能正常潤滑軸承,容易造成軸承的異常磨損和燒損。針對這些不利於軸承使用的缺點,綜合考慮以上因素,建議選擇極壓復合鋰基潤滑脂。

2.5軸承的檢查

2.5.1運行中軸承檢查

根據軸承使用環境的要求,應定期對軸承進行聽音、觀察和測量。聽是用規定的儀器對準軸承的軸向端蓋和軸承座的徑向外殼,另壹端貼耳朵聽軸承運轉時有無撞擊聲和機械摩擦聲;觀察是觀察運行環境、安裝位置、振動偏差、潤滑等情況,是否存在不良環境;測量是用溫度計和測振儀對軸承座進行定量檢測。

通過以上方法,可以確定軸承在運行中是否處於正常狀態,應采取的措施,運行中容易出現的故障及預防措施。

2.5.2靜止軸承的檢查

檢查相關備件的緊固情況,並檢查所有零件是否處於正確位置和松動。經常檢查軸承座的松緊程度。特別是操作側軸承座與軋機機座之間必須有軸向無間隙的固定,使傳動側軸承座與軋機機座窗口的配合間隙最小,以減緩傳動軸跳動對軸承的沖擊。此外,還可以對軸承潤滑油進行檢測,檢查潤滑油是否被雜物、水垢、水等汙染。粗磨機通常受到強烈的沖擊載荷,軸承振動大,油脂容易流失。因此,要求潤滑脂具有很強的粘附性,能牢固地粘附在零件表面,壹部分潤滑滾道上的軸承,其余部分留在軸承內部空間,起密封作用。如果外部汙垢侵入軸承座,靠近外側的油脂會首先汙染,造成軸承零件表面磨損。隨著汙垢的增加,磨損面會增大,同時信號層會開裂並逐漸擴大,最終會使套圈開裂,嚴重時會使滾子、軸承座等相關部件報廢。

2.5.3軸承拆卸後的檢查

由於粗軋機單槽軋制量大,換輥周期長。換輥後,可用清洗劑清洗軸承,用壓縮空氣吹幹,然後檢查滾子、保持架和滾柱。滾子和滾道有凹痕和麻點,應根據具體情況更換。同時要檢查軸向密封箱的徑向間隙,檢查完後加潤滑油備用。

3.結論

棒材軋機軸承有其獨特的使用環境、特點和要求。軋制力較小時,軸承內外圈開裂和因負荷過大而導致滾動體開裂的情況很少。因此,應註重軸承的正確安裝、檢查和維護,並制定相應的工藝規程,以降低軋機軸承燒損事故率。影響軸承使用壽命的因素很多,要制定全方位的管理制度和工藝規程,延長軸承的使用壽命,保證生產順利進行。