熱鍍鋅光整機升降輥卡阻故障分析與處理

干治江

（攀枝花新鋼釩股份有限公司 四川攀枝花）

一、概述

熱鍍鋅光整機在軋制過程中，為了防止帶鋼縱向起皺和高速軋制時帶鋼振動，在光整機的入口和出口均設(shè)有防皺裝置，目的是通過液壓缸的作用，用升降輥將光整機入口和出口的鍍鋅板繃緊。

攀鋼冷軋2＃鍍鋅機組光整機升降輥（圖1）在2012年5月18日定修中更換SKF公司的22319E調(diào)心滾子軸承，5月23日出口升降輥卡阻不轉(zhuǎn)造成鍍鋅板擦劃傷及停機。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)軸承損壞、止動失效。軸承的失效按其壽命可分為正常失效和早期失效兩種，該軸承的使用壽命只有幾天時間，屬于早期失效。

圖1 光整機升降輥分布結(jié)構(gòu)示意圖

二、故障分析

光整機升降輥為空心自由轉(zhuǎn)動鍍鉻鋼輥，芯軸固定不轉(zhuǎn)，輥筒內(nèi)嵌滾動軸承跟隨帶鋼一起轉(zhuǎn)動。由于這兩個升降輥在軋制過程中始終與帶鋼接觸，其輥筒與帶鋼是否產(chǎn)生相對滑動對產(chǎn)品質(zhì)量有較大的影響。為防止升降輥因軸承損壞引起停機、停產(chǎn)和鍍鋅板擦劃傷，應(yīng)提高軸承的可靠性，必須從軸承的失效形式著手，認真研究和分析滾動軸承的失效原因，才能找出解決失效的具體措施。

1．軸承失效表面特征分析

22319E是雙列調(diào)心滾子軸承，在有兩條滾道的內(nèi)圈和滾道為球面的外圈之間裝配有鼓形滾子的軸承。外圈滾道的曲率中心與軸承中心一致，所以具有自動調(diào)心功能，對軸相對于軸承座的傾斜和軸的變形或歪曲不敏感。

在排除了裝配質(zhì)量和潤滑不良等原因之后，發(fā)現(xiàn)22319E軸承保持架上幾個兜孔已經(jīng)嚴重擠壓變形和斷裂失效，導(dǎo)致軸承卡死停止轉(zhuǎn)動。因此判斷保持架斷裂是造成軸承失效的主要原因。

2.軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征分析

升降輥原設(shè)計軸承為FAG公司一對22319E1調(diào)心滾子軸承，在更換前已經(jīng)正常使用3年以上。雖然SKF公司和FAG公司的軸承在型號規(guī)格上一樣，但是仔細對照兩家軸承，發(fā)現(xiàn)兩者軸承的保持架結(jié)構(gòu)類型明顯不同。通過對比主參數(shù)、外圈、內(nèi)圈及滾子設(shè)計強度和剛性等均無問題，分析認為，該軸承E結(jié)構(gòu)保持架對光整機升降輥的使用條件存在一定缺陷，可能是軸承早期失效的主要原因。

（1）保持架鎖定球面滾子的方式不同易造成過梁擠壓變形。保持架上許多等距離的兜孔稱為窗口，用來隔離和引導(dǎo)滾動體。在滾子保持架窗口之間的連接部分稱為過梁，它起連接和增加保持架強度的作用。

圖2 22319E1軸承結(jié)構(gòu)示意圖

如圖2所示，F(xiàn)22319E1軸承窗型沖壓鋼保持架靠兩個過梁鎖住鼓形滾子，形成雙肩鎖定；如圖3所示，22319E軸承窗型沖壓鋼保持架采用在保持架大端面鋼板壓出凸點形成鎖點，利用鼓形滾子側(cè)端面凹穴來實現(xiàn)鎖住滾動體的功能，形成單點鎖定。SKF公司E結(jié)構(gòu)軸承由于是單側(cè)受力，不利于保持架窗孔對鼓形滾子的引導(dǎo)。在軸承承受沖擊載荷和較大軸向力的情況下，個別鼓形滾子的軸線容易發(fā)生較大角度的側(cè)轉(zhuǎn)。一旦有一粒鼓形滾子軸線相對于保持架窗孔軸線發(fā)生較大角度的側(cè)轉(zhuǎn)，那么這顆滾子的滾動將落后于正常滾子的滾動，就容易發(fā)生保持架過梁擠壓變形，導(dǎo)致鼓形滾子卡死停止轉(zhuǎn)動。

（2）保持架窗口位置不同易造成過梁根部裂斷如圖3所示，22319E軸承窗型沖壓鋼保持架的窗口位置較低，在鼓形滾子的1/3處，鼓形滾子和保持架窗口兜底接觸面積也較小，保持架過梁根部較薄，強度較差。軸承工作過程中，承受沖擊振動及軸向力時，由于軸承內(nèi)圈不帶擋邊，完全靠保持架3側(cè)擋承受軸向力，保持架過梁易從根部裂斷，影響軸承的可靠性。

圖3 22319E軸承結(jié)構(gòu)示意圖

如圖1所示，鋼帶是緊貼在升降輥表面上，并且鋼帶上有90kN的張力，是由鋼帶拖著升降輥旋轉(zhuǎn)。如果鋼帶跑偏，鋼帶與升降輥表面的摩擦力會轉(zhuǎn)化成一定的軸向力作用到軸承上，該軸承承受了較大的軸向力，這是造成軸承失效的最主要原因。

SKF公司的E型調(diào)心滾子軸承的中擋圈位于保持架大端外圓柱面以外（圖3），該保持架可放入更多更大直徑的加長滾子，使軸承徑向額定動載荷提高10%～20%。但是由于軸承內(nèi)圈不帶擋邊，承受軸向額定動載荷的能力卻大大降低，保持架側(cè)擋極易斷裂。

三、處理措施

保持架對滾動軸承使用性能和壽命有很大影響，其材料的選擇尤為重要，而在保持架損壞的原因中，保持架材質(zhì)好壞又是主要原因之一。因此，軸承保持架的材料必須具有良好的機械強度、尺寸的穩(wěn)定性、良好的可塑性等多方面優(yōu)良性能。

1．重新選擇軸承型號減少軸承在線損壞

在使用環(huán)境相同的條件下，銅保持架的理論壽命比沖壓鋼保持架的理論壽命要長，但銅保持架的軸承比鋼保持架的軸承的價格要高一些。考慮到使用成本，選擇目前國內(nèi)使用廣泛的CA型軸承，型號22319CA/W33。CA型結(jié)構(gòu)的調(diào)心滾子軸承的特點為內(nèi)圈兩側(cè)均有擋邊和采用雙齒型整體式機加工車制實體黃銅保持架（圖4），一般情況下可以與E結(jié)構(gòu)設(shè)計通用。與E結(jié)構(gòu)相比較，CA結(jié)構(gòu)的軸承采用高拉伸強度的黃銅保持架，保持架本身具有一定的自潤滑性能，并允許有一定的塑性變形。在光整機機架內(nèi)淋水環(huán)境與承受較高的徑向載荷和沖擊載荷以外，還能承受一定的雙向軸向載荷的場合。

圖4 22319 CA/W33軸承結(jié)構(gòu)示意圖

對軸承改型后，已經(jīng)正常使用1年未再出現(xiàn)軸承保持架斷裂故障，軸承的可靠性大大提高。進口軸承每套單價是國產(chǎn)軸承的6倍，與進口調(diào)心滾子軸承相比，不僅降低了使用成本，還延長了軸承使用壽命，效果非常顯著。

2．做好軸承的維護、保養(yǎng)、裝配

調(diào)心滾子軸承是一種精密的零部件，在安裝以及使用過程中，應(yīng)注意方式方法，才能使軸承達到預(yù)期的精度以及更長的使用壽命。因此應(yīng)重點關(guān)注軸承的正確安裝、檢查和維護等方法并制定相應(yīng)的工藝規(guī)程以降低光整機升降輥軸承的故障率。

（1）軸承在安裝和拆卸時應(yīng)按有關(guān)步驟和規(guī)定認真操作。盡量使用專用工具，不允許強力沖擊或直接錘擊軸承，不允許通過滾動體傳遞壓力。安裝環(huán)境必需清潔，不能用布類和纖維類物品擦拭軸承，軸承安裝的質(zhì)量關(guān)系到軸承的使用壽命和工作特性，不正確安裝可能導(dǎo)致軸承過早損壞。

（2）軸承的正確保養(yǎng)和維護。良好的潤滑是滾動軸承正常工作的必要條件。要保證軸承能夠正常、可靠運行，就必須施以足夠的潤滑，以防止?jié)L動體、滾道及保持架之間有直接的金屬接觸，造成磨損及軸承表面腐蝕。

光整機升降輥通常受到較強的沖擊負荷以及淋水環(huán)境，軸承振動大，潤滑脂容易流失。因此，要求潤滑脂有較強的粘附性，選擇鈣基潤滑脂（機械性能穩(wěn)定，不溶于水，常用于工作溫度60℃以內(nèi)與水有接觸的工作環(huán)境）。鈣基潤滑脂可以牢牢地粘附在零件的表面，一部分在滾道上潤滑軸承，其余部分保存在軸承內(nèi)部空間起到密封作用，可防止外部灰塵和水等有害物質(zhì)進入軸承。

自動調(diào)心滾子軸承，軸承內(nèi)外環(huán)可以相對擺動，所以可以接近滾動元件，潤滑脂可直接注入軸承內(nèi)的空間。裝配時軸承內(nèi)應(yīng)填滿潤滑脂，可以把軸承座內(nèi)自由空間的90%填滿而無溫升的危險，這樣既防止雜質(zhì)侵入軸承，又使補充潤滑脂間隔期延長。

軸承選型至關(guān)重要，選用的軸承型式一定要符合使用環(huán)境。通過剖析軸承保持架結(jié)構(gòu)，確定故障原因，采取切實可行的措施。實踐證明，通過對軸承改型，使用國產(chǎn)軸承同樣能夠確保光整機升降輥的正常運行，不僅降低了設(shè)備故障率，而且還降低了備件及維修費用，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。