R2工作輥軸承損毀原因及改進(jìn)措施

楊輝

（本溪鋼鐵集團(tuán)公司熱軋廠，遼寧 本溪117009）

本溪鋼鐵集團(tuán)熱軋2300生產(chǎn)線，于2008年11月建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為400萬t。該生產(chǎn)線R2軋機(jī)為德國SMS公司設(shè)計(jì)的四輥可逆粗軋機(jī)，采用單片封閉式結(jié)構(gòu)，上部配有壓下裝置，軋機(jī)入口側(cè)配有附著式立輥軋機(jī)。在后續(xù)生產(chǎn)過程中，可逆軋制產(chǎn)生的沖擊及冷卻水的腐蝕作用使R2工作輥箱體軸承座與機(jī)架滑板之間間隙過大，導(dǎo)致軸承座晃動(dòng)，而使軸承受到較大交替變化的沖擊載荷，造成工作情況惡化，降低了軸承的使用壽命。由于軸向力的作用，軸承座中軋輥軸向定位法蘭螺栓多處繃斷現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，對軸承座的定位產(chǎn)生影響。2017年9月，R2機(jī)架工作輥箱體的法蘭螺栓在一周內(nèi)連續(xù)3次繃斷，造成停機(jī)換輥事故的發(fā)生。 其中，R2粗軋下工作輥4號(hào)箱體軸承，在上機(jī)運(yùn)行240 h后，年修期間解體檢查發(fā)現(xiàn)軸承已嚴(yán)重?fù)p毀。新軸承裝入箱體后，僅上機(jī)工作3次，在第2次發(fā)生螺栓繃斷事故。本文在分析軸承損毀原因的基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，效果明顯。

1 軸承損毀現(xiàn)象

軋輥軸向定位法蘭螺栓多處繃斷，軸向力方向遠(yuǎn)離操作側(cè)，箱體有輕微過熱痕跡，拆解后的軸承內(nèi)部情況如圖1所示，軸承AB列保持架大端環(huán)絕大部分與銷釘脫離，見圖1（a）；AB列保持架小端環(huán)發(fā)生外移，見圖1（b）；小端環(huán)端面上的焊點(diǎn)與相鄰部件干涉磨損，見圖1（c）；內(nèi)外滾道狀態(tài)光滑，有較輕的壓痕和燒蝕，滾動(dòng)體大端完好，小端有明顯擦痕，見圖1（d）；游隙調(diào)整環(huán)B、D內(nèi)壁均有擦痕，外壁有摩擦過熱產(chǎn)生的燒蝕，邊緣均有被壓入相鄰?fù)馊L道產(chǎn)生的壓痕，見圖1（e）；滾動(dòng)體銷釘螺紋 端斷裂失效，焊接端有明顯彎折現(xiàn)象，見圖1（f）。

圖1 拆解后的軸承內(nèi)部情況

2 原因分析

2.1 軸向力過大

從法蘭螺栓繃斷可知，R2軋輥具有向傳動(dòng)側(cè)竄動(dòng)的趨勢，其根本原因是R2在多次可逆軋制過程定位滑板磨損不均勻，造成雙側(cè)位置精度惡化，從而發(fā)生非平行軋制［1］。多次調(diào)節(jié)輥縫使軋機(jī)牌坊窗口滑板及工作輥軸承座滑板嚴(yán)重磨損,使其配合間隙過大，軋制時(shí)上、下工作輥中心線錯(cuò)位,產(chǎn)生很大的軸向竄動(dòng)力。

工作輥操作側(cè)窗口尺寸為1 400+（1.9～2.6）mm,傳動(dòng)側(cè)窗口尺寸為1 390+（1.9～2.6）mm。工作輥箱體帶滑板尺寸為1 400-（0.3～0）mm,傳動(dòng)側(cè)尺寸為1 390-（0.3～0）mm。由于對間隙尺寸的重視不夠,沒有對磨損的滑板進(jìn)行定期更換,使其實(shí)測配合間隙超過3～5 mm。上工作輥及下工作輥中心線的左右位置發(fā)生變化,不在一條垂直的直線上,使軋制力產(chǎn)生一個(gè)很大的軸向分力,這是產(chǎn)生軸向竄動(dòng)的原因之一。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，在滑板的有效作用長度下，雙側(cè)水平位置每相差0.31 mm，軋輥將偏斜0.005°，故軋輥的偏斜角約為（0.04～0.08）°。而當(dāng)時(shí)的軋制力為25 000 kN，軸承軸向動(dòng)載荷為2 070 kN。圖2為軸向力、交叉角與軸向力的關(guān)系［2］。由圖2可知，在交叉角影響下，上輥軸向力為1 000～1 200 kN，下輥軸向力為2 200～2 500 kN。上下輥軸向力均超出了軸向額定動(dòng)載荷的值（2 070 kN）。

圖2 軸向力與交叉角、軋制力關(guān)系

2.2 軸承座箱體變形

軸承座箱體經(jīng)多年使用，磨損甚至損毀后僅進(jìn)行簡單處理就繼續(xù)投入使用。而軸承座的上、下薄壁的熱變形量不對稱是由軸承座上、下部位結(jié)構(gòu)和約束的不對稱造成的［3］。通過對其進(jìn)行有限元分析［4］，可以看出，箱體在作用力下由于過熱，更易發(fā)生燒損變形。 因此，軸承箱體的軸承孔更易產(chǎn)生鴨蛋狀變形，如圖3所示。

圖3 軸承座有限元分析結(jié)果

圖4為軸承外圈、調(diào)整環(huán)與箱體偏心示意圖，從圖中可以看出，軸承外圈和隔圈之間偏心嚴(yán)重。在有些位置，隔圈與軸承外圈間的接觸面變窄，局部壓力比其它區(qū)域大，進(jìn)一步增加了隔圈的受力變形。

圖4 軸承外圈、調(diào)整環(huán)與箱體偏心示意圖

新軸承裝配前，要對箱體進(jìn)行測量，箱體標(biāo)準(zhǔn)尺寸為900 mm，其初始加工尺寸為900.15～900.22 mm，最大極限尺寸為900.58 mm，而實(shí)際裝入側(cè)垂直方向最大超出標(biāo)準(zhǔn)尺寸1.04 mm，水平方向也超出標(biāo)準(zhǔn)0.62 mm。軸承孔測量點(diǎn)示意如圖5所示，對應(yīng)的軸承孔變形尺寸見表1。

圖5 軸承孔測量點(diǎn)示

表1 軸承孔變形尺寸

3 解決措施

（1）軸向力過大的根本原因是由于軋制時(shí)發(fā)生了非平行軋制（水平交叉或垂直交叉）?？刂拼胧┲饕钦{(diào)整軋輥軸承座與軋機(jī)牌坊的間隙尺寸及兩者之間的形位公差，如圓柱度、平行度等，以確保實(shí)現(xiàn)平行軋制，減小軸向力。

（2）軸承座與軸承在軋制過程中的工作精度、運(yùn)行狀態(tài)，主要取決于裝配時(shí)的精度。軸承座裝配精度在很大程度上決定了軸承運(yùn)行的最終質(zhì)量，而軸承座使用精度是保證軸承裝配精度的前提。軸承座每次檢修裝配前的檢查十分必要，若不符合圖紙要求，則需要進(jìn)行修補(bǔ)。此時(shí)不可忽略形位公差圓度及圓柱度等的測量，以解決軸承箱體變形的問題。

（3）軸承預(yù)緊力過大且不平均也是值得關(guān)注的要點(diǎn)，需要提高維護(hù)檢修人員的技術(shù)水平,預(yù)緊時(shí)按照裝配的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)緊。徑向軸承需要進(jìn)行定位預(yù)緊，要正確使用支撐墊片，均勻擰緊等距的4個(gè)螺栓，直到軸承座蓋緊壓在軸承外圈上，測量四點(diǎn)螺栓處的蓋板法蘭與軸承座端面之間的間隙，再取其平均值作為間隙的寬度，軸承座-軸承蓋間隙位置如圖6所示。使用金屬墊片時(shí)，要裝入的墊片厚度必須比間隙值小0.05～0.10 mm，才可以使端蓋壓緊。確保彈簧與軸承蓋的間隙為期待值，以保證彈簧作用力。

圖6 軸承座-軸承蓋間隙位置

4 實(shí)施效果

（1）對在機(jī)循環(huán)的4套工作輥箱體和帶滑板處進(jìn)行測量。如超過標(biāo)準(zhǔn)值-0.5 mm,要更換新滑板。如無法更換新滑板，則在箱體兩側(cè)加不銹鋼墊片，使其在-0.5 mm范圍內(nèi)。這樣能夠解決在機(jī)軸承座晃動(dòng)過大的問題。經(jīng)改進(jìn)后沒有再發(fā)生軸向定位法蘭螺栓繃斷現(xiàn)象。

（2）在年修期間，對箱體軸承進(jìn)行解體檢查。測量箱體鏜孔尺寸。對超過標(biāo)準(zhǔn)尺寸900.22 mm的4個(gè)箱體進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)后恢復(fù)其原始精度，重新裝入軸承，對軸承端蓋進(jìn)行預(yù)緊處理，并加入合適的墊片。通過采取上述方法，軋制過程穩(wěn)定，一段時(shí)間后進(jìn)行下機(jī)檢查，軸承沒有受到損傷。

5 結(jié)語

R2粗軋機(jī)軸承損毀是由非平行軋制產(chǎn)生的軸向力及軸承座鏜孔變形等引起的。采用減小軸承座與軋機(jī)間隙的方法可以減小因非平行軋制引起的軸向力。通過對每次檢修的軸承座軸承鏜孔尺寸變化進(jìn)行跟蹤并修復(fù)的方法保證箱體尺寸精度。通過采取上述措施，加強(qiáng)軸承方面管理,嚴(yán)格按設(shè)備精度標(biāo)準(zhǔn)要求,實(shí)行點(diǎn)檢定修,R2粗軋機(jī)軸承損毀現(xiàn)象再未發(fā)生，保證了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。