提高四輥軋機支承輥軸承壽命的措施
2009-04-03 1 前 言
濟南鋼鐵股份有限公司中板廠（簡稱濟鋼中板廠）四輥精軋機支承輥軸承采用四列短圓柱滾子軸承和雙列圓錐滾子軸承，圓柱滾子軸承型號6727/950Y，外形尺寸為Ф1300mm×Ф950mm×850mm。軸承內(nèi)套熱裝于軋輥軸頸上，軋制時產(chǎn)生的徑向力主要由短圓柱滾子軸承承受。軸承采用脂潤滑，裝配時人工加入潤滑脂，使用一周左右，再用潤滑油泵補充新脂。隨著產(chǎn)量不斷提高，支承輥軸承在使用、裝配、維護上暴露出許多問題，主要表現(xiàn)為：軸承的保持架經(jīng)常出現(xiàn)開焊斷裂，造成滾珠散落無法裝配；長期受重載沖擊，軸承座內(nèi)孔發(fā)生橢圓變形，軸承滾珠受力不均勻；軸承密封效果不好，潤滑脂泄漏嚴(yán)重，需經(jīng)常補充潤滑脂，軋輥冷卻水易進入軸承內(nèi)，滾道及滾珠接觸面不易形成潤滑油膜，經(jīng)常處于干摩擦狀態(tài)，軸承損壞較為頻繁。平均年損壞軸承7套，每套價值24萬元。為了減少軸承消耗，降低生產(chǎn)成本，針對支承輥軸承存在的問題，從工藝和設(shè)備方面進行了改進。
2 提高軸承壽命的措施
2.1 改進軸承結(jié)構(gòu)
針對支承輥軸承支柱早期開焊斷裂的損壞現(xiàn)象，濟鋼中板廠與軸承生產(chǎn)廠家合作，改進了支柱材料，提高了支柱與保持架擋圈的焊接強度。同時加大滾子直徑，以滿足承受徑向負(fù)荷和一定的軸向負(fù)荷的實際工況。適當(dāng)減小了保持架兩側(cè)擋板的厚度，從而減輕了保持架重量，減小了頻繁正反轉(zhuǎn)對銷軸的慣性沖擊力。
2.2 軸承密封的改進
支承輥軸承采用圖1所示的密封結(jié)構(gòu)，熱裝于輥頸上的肩環(huán)與靜止的軸承座端蓋形成了迷宮密封。靠近軸承處有2道唇形密封，利用迷宮密封產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)，達(dá)到限制泄漏的目的。迷宮密封的特點是：間隙越小，密封效果越好。但由于支承輥尺寸大，迷宮密封中運動件和靜止件間隙達(dá)2～5mm，在軋輥冷卻水流量較大的情況下，冷卻水很容易越過迷宮密封。唇形密封安裝過程中箍緊彈簧掉落，橡膠老化，軸承間隙過大超出了密封件的彈性補償范圍等原因?qū)е旅芊馐В腿菀淄ㄟ^第2道密封進入軸承內(nèi)，潤滑脂也容易泄漏。
濟南鋼鐵股份有限公司中板廠（簡稱濟鋼中板廠）四輥精軋機支承輥軸承采用四列短圓柱滾子軸承和雙列圓錐滾子軸承，圓柱滾子軸承型號6727/950Y，外形尺寸為Ф1300mm×Ф950mm×850mm。軸承內(nèi)套熱裝于軋輥軸頸上，軋制時產(chǎn)生的徑向力主要由短圓柱滾子軸承承受。軸承采用脂潤滑，裝配時人工加入潤滑脂，使用一周左右，再用潤滑油泵補充新脂。隨著產(chǎn)量不斷提高，支承輥軸承在使用、裝配、維護上暴露出許多問題，主要表現(xiàn)為：軸承的保持架經(jīng)常出現(xiàn)開焊斷裂，造成滾珠散落無法裝配；長期受重載沖擊，軸承座內(nèi)孔發(fā)生橢圓變形，軸承滾珠受力不均勻；軸承密封效果不好，潤滑脂泄漏嚴(yán)重，需經(jīng)常補充潤滑脂，軋輥冷卻水易進入軸承內(nèi)，滾道及滾珠接觸面不易形成潤滑油膜，經(jīng)常處于干摩擦狀態(tài)，軸承損壞較為頻繁。平均年損壞軸承7套，每套價值24萬元。為了減少軸承消耗，降低生產(chǎn)成本，針對支承輥軸承存在的問題，從工藝和設(shè)備方面進行了改進。
2 提高軸承壽命的措施
2.1 改進軸承結(jié)構(gòu)
針對支承輥軸承支柱早期開焊斷裂的損壞現(xiàn)象，濟鋼中板廠與軸承生產(chǎn)廠家合作，改進了支柱材料，提高了支柱與保持架擋圈的焊接強度。同時加大滾子直徑，以滿足承受徑向負(fù)荷和一定的軸向負(fù)荷的實際工況。適當(dāng)減小了保持架兩側(cè)擋板的厚度，從而減輕了保持架重量，減小了頻繁正反轉(zhuǎn)對銷軸的慣性沖擊力。
2.2 軸承密封的改進
支承輥軸承采用圖1所示的密封結(jié)構(gòu)，熱裝于輥頸上的肩環(huán)與靜止的軸承座端蓋形成了迷宮密封。靠近軸承處有2道唇形密封，利用迷宮密封產(chǎn)生節(jié)流效應(yīng)，達(dá)到限制泄漏的目的。迷宮密封的特點是：間隙越小，密封效果越好。但由于支承輥尺寸大，迷宮密封中運動件和靜止件間隙達(dá)2～5mm，在軋輥冷卻水流量較大的情況下，冷卻水很容易越過迷宮密封。唇形密封安裝過程中箍緊彈簧掉落，橡膠老化，軸承間隙過大超出了密封件的彈性補償范圍等原因?qū)е旅芊馐В腿菀淄ㄟ^第2道密封進入軸承內(nèi)，潤滑脂也容易泄漏。
改進后的密封結(jié)構(gòu)如圖2所示，將鋼板彎成半圓弧形，焊接在軸承端蓋部位，鋼板與軋輥軸向距離為5mm,可以減少冷卻水的進入量。在肩環(huán)處焊接擋水環(huán),擋水環(huán)可以把滲漏的少量氧化鐵皮及水甩出，進入迷宮密封的只是極少量的水。在兩唇形密封間安裝石墨盤根，對油脂及水起阻擋作用。
2.3 軸承的修復(fù)與裝配
2.3.1 軸承的修復(fù)
軸承外圈與軸承座孔采用的是較松的配合，理論上，軋輥轉(zhuǎn)動時，套圈能產(chǎn)生微小的周向位移，使外圈各部分能緩慢的輪換進入承載區(qū)，但實際上，由于軋制壓力大，軸承座存在橢圓，因此，外圈幾乎不存在周向位移。由于軸承存在徑向間隙，下半周范圍內(nèi)的滾珠與內(nèi)、外圈滾道產(chǎn)生彈性變形，而上半周范圍內(nèi)，滾珠與內(nèi)外圈滾道出現(xiàn)間隙，載荷主要分布在下半周。在頻繁軋制力作用下，外圈易發(fā)生疲勞破壞，如有水及雜物進入，潤滑油膜不易形成，極易產(chǎn)生剝落。如處理不及時，會造成滾珠及保持架的損壞。為此，根據(jù)軸承使用周期，測量滾珠外徑尺寸判斷磨損情況，分別進行修復(fù)。
滾珠磨損嚴(yán)重的，將軸承外套整形消除橢圓度，修磨外套內(nèi)表面，磨削量一般不超過1mm，由于滲碳層為5～6mm，所以表面硬度不會降低，配對滾珠直徑相應(yīng)增大，達(dá)到與軋輥內(nèi)套配合時保持徑向游隙不變。外套剝落嚴(yán)重的，對剝落面清洗干凈，用冷焊工藝將剝落面補齊，再進行整形及修磨，根據(jù)修磨直徑確定滾珠直徑大小。修復(fù)時作好載荷區(qū)的標(biāo)記，修復(fù)后，裝配時轉(zhuǎn)換一定角度放置，使原載荷區(qū)變?yōu)榉禽d荷區(qū)。
針對軸承使用過程中出現(xiàn)的保持架散落現(xiàn)象，修復(fù)時增大了滾珠柱銷與保持架的焊接量。配制滾珠時，滾珠兩端磨削成圓錐形，磨削量0.05mm，長度20mm,減少滾珠邊緣的應(yīng)力集中，防止?jié)L珠及滾道邊緣的損壞。
2.3.2 軸承座的修復(fù)
在軋制力作用下，軸承座發(fā)生塑性變形，軸承座孔產(chǎn)生橢圓。對橢圓超過0.5mm的軸承座孔，經(jīng)焊補修復(fù)后，選擇定位基準(zhǔn)重新加工內(nèi)孔，確保軸承座內(nèi)孔尺寸符合圖紙要求。
2.3.3 裝配方法的改進
在拆卸檢修及二次裝輥過程中，重新裝配時，將軸承外套轉(zhuǎn)動90°或120°使用，使載荷區(qū)轉(zhuǎn)為非載荷區(qū)，同時徹底清理原有的失效油脂，去除鐵屑和雜質(zhì)，以避免對滾珠造成損害。
2.4 潤滑脂的使用
支承輥的潤滑應(yīng)選用粘附性強、抗水性好的極壓潤滑脂，即使在有水的情況下，也不會影響機械安定性，不易軟化，仍能在金屬表面形成潤滑油膜。
裝配軋輥時，軸承內(nèi)添加的是復(fù)合鋰基脂，使用初期粘附性較好，但隨使用周期的延長，粘附性減弱。補充新脂時，為了提高泵的輸送性，采用了00#減速機脂與軋輥軸承脂混合的方法。使用表明，混和使用效果不明顯，添加后易流失。所以冬季改用1#極壓鋰基脂，夏季用2#極壓鋰基潤滑脂，油脂價格與00#減速機脂接近。經(jīng)使用表明，流失量減少，潤滑脂消耗量減少，但在有水混入的情況下，因發(fā)生乳化，使粘附性減弱。因此，準(zhǔn)備添加抗水性好的鋁基脂進行實驗。
2.5 換輥周期的改變
對換下來的上下支承輥軸承進行比較，發(fā)現(xiàn)上支承輥軸承潤滑狀況較好，而下支承輥由于進水較多，潤滑不良，軸承損壞也主要發(fā)生在下支承輥。因此，改變了同時更換上下支承輥的做法，將下支承輥的換輥周期由1個月提前至3周，而上支承輥換輥周期仍為1個月，便于檢修時的安排和對下支承輥軸承的檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時進行處理。
3 改進效果
采取上述改進措施后，四輥軸承的使用狀況明顯改善：
（1）軸承的使用壽命由原來的3～4個月提高了近1倍，緩解了生產(chǎn)壓力，降低了軸承消耗費用；
（2）修復(fù)后軸承的精度不受影響，沒有出現(xiàn)因軸承質(zhì)量問題影響生產(chǎn)的情況，而修復(fù)費用不到新軸承的一半，從而降低了生產(chǎn)成本；
（3）改變潤滑脂品種和注油方式，由原來的每天補充新脂，降低到每隔3天補充一次新脂，油脂消耗量由每月1.5t降至1t，材料費用明顯減少。［來源：《山東冶金》；作者：劉健，劉易，葛勇，刁紅敏，王善田］
2.3 軸承的修復(fù)與裝配
2.3.1 軸承的修復(fù)
軸承外圈與軸承座孔采用的是較松的配合，理論上，軋輥轉(zhuǎn)動時，套圈能產(chǎn)生微小的周向位移，使外圈各部分能緩慢的輪換進入承載區(qū)，但實際上，由于軋制壓力大，軸承座存在橢圓，因此，外圈幾乎不存在周向位移。由于軸承存在徑向間隙，下半周范圍內(nèi)的滾珠與內(nèi)、外圈滾道產(chǎn)生彈性變形，而上半周范圍內(nèi)，滾珠與內(nèi)外圈滾道出現(xiàn)間隙，載荷主要分布在下半周。在頻繁軋制力作用下，外圈易發(fā)生疲勞破壞，如有水及雜物進入，潤滑油膜不易形成，極易產(chǎn)生剝落。如處理不及時，會造成滾珠及保持架的損壞。為此，根據(jù)軸承使用周期，測量滾珠外徑尺寸判斷磨損情況，分別進行修復(fù)。
滾珠磨損嚴(yán)重的，將軸承外套整形消除橢圓度，修磨外套內(nèi)表面，磨削量一般不超過1mm，由于滲碳層為5～6mm，所以表面硬度不會降低，配對滾珠直徑相應(yīng)增大，達(dá)到與軋輥內(nèi)套配合時保持徑向游隙不變。外套剝落嚴(yán)重的，對剝落面清洗干凈，用冷焊工藝將剝落面補齊，再進行整形及修磨，根據(jù)修磨直徑確定滾珠直徑大小。修復(fù)時作好載荷區(qū)的標(biāo)記，修復(fù)后，裝配時轉(zhuǎn)換一定角度放置，使原載荷區(qū)變?yōu)榉禽d荷區(qū)。
針對軸承使用過程中出現(xiàn)的保持架散落現(xiàn)象，修復(fù)時增大了滾珠柱銷與保持架的焊接量。配制滾珠時，滾珠兩端磨削成圓錐形，磨削量0.05mm，長度20mm,減少滾珠邊緣的應(yīng)力集中，防止?jié)L珠及滾道邊緣的損壞。
2.3.2 軸承座的修復(fù)
在軋制力作用下，軸承座發(fā)生塑性變形，軸承座孔產(chǎn)生橢圓。對橢圓超過0.5mm的軸承座孔，經(jīng)焊補修復(fù)后，選擇定位基準(zhǔn)重新加工內(nèi)孔，確保軸承座內(nèi)孔尺寸符合圖紙要求。
2.3.3 裝配方法的改進
在拆卸檢修及二次裝輥過程中，重新裝配時，將軸承外套轉(zhuǎn)動90°或120°使用，使載荷區(qū)轉(zhuǎn)為非載荷區(qū)，同時徹底清理原有的失效油脂，去除鐵屑和雜質(zhì)，以避免對滾珠造成損害。
2.4 潤滑脂的使用
支承輥的潤滑應(yīng)選用粘附性強、抗水性好的極壓潤滑脂，即使在有水的情況下，也不會影響機械安定性，不易軟化，仍能在金屬表面形成潤滑油膜。
裝配軋輥時，軸承內(nèi)添加的是復(fù)合鋰基脂，使用初期粘附性較好，但隨使用周期的延長，粘附性減弱。補充新脂時，為了提高泵的輸送性，采用了00#減速機脂與軋輥軸承脂混合的方法。使用表明，混和使用效果不明顯，添加后易流失。所以冬季改用1#極壓鋰基脂，夏季用2#極壓鋰基潤滑脂，油脂價格與00#減速機脂接近。經(jīng)使用表明，流失量減少，潤滑脂消耗量減少，但在有水混入的情況下，因發(fā)生乳化，使粘附性減弱。因此，準(zhǔn)備添加抗水性好的鋁基脂進行實驗。
2.5 換輥周期的改變
對換下來的上下支承輥軸承進行比較，發(fā)現(xiàn)上支承輥軸承潤滑狀況較好，而下支承輥由于進水較多，潤滑不良，軸承損壞也主要發(fā)生在下支承輥。因此，改變了同時更換上下支承輥的做法，將下支承輥的換輥周期由1個月提前至3周，而上支承輥換輥周期仍為1個月，便于檢修時的安排和對下支承輥軸承的檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時進行處理。
3 改進效果
采取上述改進措施后，四輥軸承的使用狀況明顯改善：
（1）軸承的使用壽命由原來的3～4個月提高了近1倍，緩解了生產(chǎn)壓力，降低了軸承消耗費用；
（2）修復(fù)后軸承的精度不受影響，沒有出現(xiàn)因軸承質(zhì)量問題影響生產(chǎn)的情況，而修復(fù)費用不到新軸承的一半，從而降低了生產(chǎn)成本；
（3）改變潤滑脂品種和注油方式，由原來的每天補充新脂，降低到每隔3天補充一次新脂，油脂消耗量由每月1.5t降至1t，材料費用明顯減少。［來源：《山東冶金》；作者：劉健，劉易，葛勇，刁紅敏，王善田］