淺析30萬噸橫切機(jī)組十一輥矯直機(jī)工作輥軸承定位方式改進(jìn)

摘要：

本文介紹了熱軋部30萬噸橫切生產(chǎn)線十一輥矯直機(jī)工作輥軸承原有的定位方式及改進(jìn)的定位方式，分析了改進(jìn)的工作輥軸承定位方式在生產(chǎn)應(yīng)用中表現(xiàn)出來的重要作用，闡述了改進(jìn)后的工作輥軸承定位方式消除了設(shè)備隱患，保證了設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

【關(guān)鍵詞】橫切機(jī)組 十一輥矯直機(jī) 工作輥軸承定位

【Abstract】The article describes the original and improved positioning ways of eleven roller leveler working roll bearings，analyzes the important effect of the improved working roll bearings positioning way in the production application， the equipment problem be eliminiated according to the improved the postioning way of workroll， guarantees the equipment running well and producing smoothly.

【Key words】Cut to length line；Eleven roller leveler；Working roll bearings positioning

前言

30萬噸橫切機(jī)組生產(chǎn)線是在吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)工藝技術(shù)和設(shè)備裝備的基礎(chǔ)上，自主集成的厚規(guī)格、高強(qiáng)鋼產(chǎn)品為主的剪切生產(chǎn)線。橫切機(jī)組十一輥矯直機(jī)由國(guó)內(nèi)制造，十一輥矯直機(jī)本體由機(jī)架裝配、壓下裝置、活動(dòng)橫梁、上下工作輥裝置、上下支承輥及其調(diào)整機(jī)構(gòu)、接軸托架、氧化鐵皮清掃裝置及機(jī)上配管等組成。十一輥矯直機(jī)設(shè)備投入正式運(yùn)行約半年發(fā)生一次第10根工作輥軸向竄動(dòng)問題，并造成傳動(dòng)側(cè)軸承損壞，工作輥傳動(dòng)側(cè)軸承安裝位輥身磨損，操作側(cè)軸承內(nèi)圈軸用擋圈損壞。經(jīng)對(duì)十一輥矯直機(jī)輥盒拆解后，檢查發(fā)現(xiàn)工作輥軸承定位存在設(shè)計(jì)隱患。原設(shè)計(jì)工作輥操作側(cè)軸承內(nèi)圈采用軸用彈性擋圈進(jìn)行固定，軸承外圈采用悶蓋進(jìn)行定位；傳動(dòng)側(cè)軸承采用頂套加緊定螺釘進(jìn)行固定，此種軸承固定方式承載軸向力較小，在矯直機(jī)大壓下、重負(fù)荷狀態(tài)下無法滿足軸向定位需要，故工作輥軸向竄動(dòng)將操作側(cè)彈性擋圈頂壞，造成傳動(dòng)側(cè)軸承碎裂。[1]

1.設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分析

30萬噸橫切生產(chǎn)線十一輥矯直機(jī)工作輥操作側(cè)軸承內(nèi)圈通過軸端擋圈、隔套及工作輥軸肩與工作輥固定，擋圈型號(hào)120，材質(zhì)65Mn；軸承外圈采用悶蓋及軸承座定位，防止工作輥軸向竄動(dòng)。當(dāng)工作輥軸承受較大軸向力（如下圖1所示，向右軸向力）時(shí)，軸向力全部通過操作側(cè)軸承作用到軸端定位擋圈上。由于原設(shè)計(jì)軸用擋圈無法承受較大軸向力，致使擋圈損壞，工作輥向右竄動(dòng)，導(dǎo)致傳動(dòng)側(cè)軸承端蓋與工作輥接觸摩擦，造成輥身受損。工作輥向右竄動(dòng)后，引起傳動(dòng)側(cè)軸承無法精確定位，造成軸承損壞并將軸承安裝位工作輥輥身磨損。3.改造方案

3.1軸上零件定位方法

軸上零件軸向固定的目的是保證零件在軸上有確定的軸向位置，防止零件作軸向移動(dòng)，并能承受軸向力。常用的方法有利用軸肩、軸環(huán)、圓錐面、以及采用軸端擋圈、軸套、圓螺母、彈性擋圈等零件進(jìn)行軸向固定。[3]

3.2角接觸球軸承特性及軸向預(yù)緊方式

十一輥矯直機(jī)工作輥操作側(cè)采用角接觸球軸承7024AC雙排布置，角接觸球軸承可同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷， 也可承受單一方向的純軸向載荷， 其軸向受能力取決于接觸角的大小， 隨接觸角的增大而增大。極限轉(zhuǎn)速較高，從設(shè)計(jì)上講允許達(dá)到的dm×n值可高于2.5×106mm .r/min。高精度和高速軸承通常取15°接觸角， 在軸向力作用下其實(shí)際接觸角會(huì)增大。

角接觸球軸承可裝入比深溝球軸承更多的球， 額定載荷增大， 從而保證高剛度和高承載能力。角接觸球軸承在徑向載荷作用下會(huì)引起軸向分力， 因此必須同時(shí)施加與軸向分力反向的軸向載荷， 且只能承受單向軸向載荷。使用時(shí)， 要施加一定的預(yù)載荷。

角接觸球軸承的軸向預(yù)緊目的角接觸球軸承一般采用軸向預(yù)緊方式， 即采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ逛撉蚝蛢?nèi)外套圈產(chǎn)生一定的預(yù)變形， 以保證軸承內(nèi)、外圈均處于壓緊狀態(tài)， 使軸承帶負(fù)游隙運(yùn)行。此時(shí)， 軸承產(chǎn)生預(yù)載荷， 該載荷是一種內(nèi)部衍生的載荷。預(yù)緊的目的在于： 增加軸承的剛度，使旋轉(zhuǎn)軸在軸向和徑向正確定位， 提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，降低軸承的振動(dòng)和噪聲，減小由于慣性力矩所引起的鋼球相對(duì)于內(nèi)、外圈溝道的滑動(dòng)， 補(bǔ)償因磨損造成的軸承內(nèi)部游隙變化， 延長(zhǎng)軸承壽命等。[4]

角接觸球軸承預(yù)緊方式及特性，角接觸球軸承軸向預(yù)緊按照施加預(yù)載荷的方法， 分為定位預(yù)緊和定壓預(yù)緊。

定位預(yù)緊是指軸承的軸向位置在使用過程中保持不變的一種軸向預(yù)緊方式。如圖4 所示， 可以通過調(diào)整兩軸承之間的隔套寬度來獲得要求的預(yù)緊量。在配對(duì)的同型號(hào)兩軸承內(nèi)圈或外圈端面磨去一定的預(yù)變形量， 安裝之后實(shí)現(xiàn)預(yù)緊， 也屬于定位預(yù)緊， 如圖5所示。兩個(gè)角接觸球軸承通過定位預(yù)緊可顯著提高支承系統(tǒng)的剛度。

使定位預(yù)緊支承系統(tǒng)中的一套軸承完全不受載時(shí)的外加軸向載荷稱為卸緊載荷。當(dāng)兩個(gè)同型號(hào)的角接觸球軸承成對(duì)安裝并采用定壓預(yù)緊時(shí)與定位預(yù)緊相比， 在同樣預(yù)載荷下， 定壓預(yù)緊對(duì)提高支承系統(tǒng)軸向剛度的作用不顯著。但是， 定位預(yù)緊時(shí)， 軸受熱長(zhǎng)度變化及內(nèi)外圈溫差引起的徑向游隙變化會(huì)影響到預(yù)緊變形量， 定壓預(yù)緊則不存在這些問題。一般情況下， 要求高剛度時(shí)宜采用定位預(yù)緊， 而高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)宜采用定壓預(yù)緊。

3.3工作輥軸承定位詳細(xì)改進(jìn)方案

根據(jù)角接觸球軸承軸向間隙的調(diào)整方法及軸上零件的定位方法，針對(duì)工作輥操作側(cè)彈性擋圈定位能力不強(qiáng)，將彈性擋圈取消，設(shè)計(jì)增加頂套用來對(duì)操作側(cè)軸承進(jìn)行定位，頂套內(nèi)沿固定軸承內(nèi)圈。悶蓋更改為焊接件，悶蓋內(nèi)沿頂住軸承外圈。新設(shè)計(jì)頂套及改進(jìn)悶蓋同時(shí)對(duì)工作輥操作側(cè)外側(cè)軸承進(jìn)行定位，頂套通過螺釘與轉(zhuǎn)軸固定，工作輥轉(zhuǎn)軸通過螺栓與工作輥固定。

傳動(dòng)側(cè)軸承仍舊采用原頂套固定軸承，原設(shè)計(jì)工作輥頂套緊定螺釘在工作輥上無定位槽固定緊定螺釘，造成緊定螺釘無法有效定位頂套，現(xiàn)將工作輥上加工緊定螺釘固定槽，確保緊定螺釘不在工作輥上產(chǎn)生軸向移動(dòng)。

4.結(jié)論及意義

本文通過分析首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司熱軋部30萬噸橫切生產(chǎn)線十一輥矯直機(jī)工作輥軸承定位方式存在設(shè)計(jì)隱患，提出了解決矯直機(jī)工作輥軸承定位改造方案，該方案徹底解決了30萬噸橫切機(jī)組十一輥矯直機(jī)工作輥軸向定位能力不足造成的工作輥軸向竄動(dòng)問題，降低了設(shè)備故障時(shí)間，降低了備件采購(gòu)及修復(fù)費(fèi)用，保證了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)30萬噸橫切生產(chǎn)線十一輥矯直機(jī)本體穩(wěn)定運(yùn)行起到重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司熱軋部?jī)?nèi)部資料《帶鋼剪切加工線職工培訓(xùn)教材》有關(guān)章節(jié).

[2]首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司熱軋部?jī)?nèi)部資料《30萬噸橫切生產(chǎn)線設(shè)備安裝圖》有關(guān)章節(jié).

[3]蘭青.機(jī)械基礎(chǔ)（第3版）[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社2010.（21）18-28.

[4] 賈群義. 滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)[M]. 西安： 西北工業(yè)大學(xué)出版社1991.（8）35-39.

作者簡(jiǎn)介：

馬順杰（1983.06- ），男，大學(xué)本科學(xué)歷，首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司中級(jí)工程師，主要從事設(shè)備維護(hù)工作。