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達涅利型短應力線軋機燒軸承原因初探
2010-03-02
摘 要：對川威集團有限公司高速棒材生產線達涅利型短應力線精軋機燒軸承的原因進行了分析研究，針對其產生原因對軋機裝配方式、軋機結構形式、潤滑油脂選型、托架萬向軸傳動等進行了改進。改進后基本消除了該機型精軋機燒軸承現象。
關鍵詞：精軋機；達涅利機型；軸承燒損；預防措施
1 前言
2005年末，川威集團有限公司棒線材廠高速棒材生產線建成投產。投產初期，精軋機燒軸承事故較頻繁，Z多時達到22個/月，其所選機型為達涅利型短應力線軋機。
2 達涅利機型的特點及裝配結構
2.1 機型特點
與波米尼機型相比，達涅利機型的特點是：傳動端上、下軋輥有半環鎖緊，軋輥不易軸向竄動；軋機牌坊間有4根拉桿連接，穩定性更好；導衛梁高度不可調節，由于設備加工時的累積誤差，易影響導衛安裝尺寸；軸承座內軸承承載力略小；裝配件略多，裝配費時；采用自動機械手拆換軋輥時，需同時對中6個點(4根拉桿、2支軋輥)，故使用自動機械手拆換軋輥時難度更大。
2.2 裝配結構
川威集團高速棒材生產線達涅利型精軋機由內蒙古北方重工集團有限公司制造。
2.2.1 固定端軸承裝配
固定端軸承裝配如圖1所示。
關鍵詞：精軋機；達涅利機型；軸承燒損；預防措施
1 前言
2005年末，川威集團有限公司棒線材廠高速棒材生產線建成投產。投產初期，精軋機燒軸承事故較頻繁，Z多時達到22個/月，其所選機型為達涅利型短應力線軋機。
2 達涅利機型的特點及裝配結構
2.1 機型特點
與波米尼機型相比，達涅利機型的特點是：傳動端上、下軋輥有半環鎖緊，軋輥不易軸向竄動；軋機牌坊間有4根拉桿連接，穩定性更好；導衛梁高度不可調節，由于設備加工時的累積誤差，易影響導衛安裝尺寸；軸承座內軸承承載力略小；裝配件略多，裝配費時；采用自動機械手拆換軋輥時，需同時對中6個點(4根拉桿、2支軋輥)，故使用自動機械手拆換軋輥時難度更大。
2.2 裝配結構
川威集團高速棒材生產線達涅利型精軋機由內蒙古北方重工集團有限公司制造。
2.2.1 固定端軸承裝配
固定端軸承裝配如圖1所示。
在上述軸承裝配中，四列圓柱滾子軸承承擔主要軋制力，其內圈與輥頸采用過盈配合。軋輥軸向同定通過深溝球軸承來實現，深溝球軸承承擔軋制時全部軸向載荷及部分徑向載荷。
2.2.2傳動端軸承裝配
傳動端軸承裝配如圖2所示。
2.2.2傳動端軸承裝配
傳動端軸承裝配如圖2所示。
傳動端只有1套四列圓柱滾子軸承承擔軋制時的軋制力，無深溝球軸承，軋輥與軸承座在軸向無鎖緊裝置。同時四列圓柱滾子軸承內部儲油空間小。其傳動端擋環、半環與四列圓柱滾子軸承內圈在軸向采用間隙配合。
3 精軋機燒軸承的主要形式
川威集團高速棒材生產線精軋機燒軸承部位主要為傳動端，其事故概率與固定端比約為5:1。一般在上線軋制48h后出現，生產時間愈長，事故概率愈高。
燒軸承事故的主要破壞形式為：軋輥輥頸與四列圓柱滾子軸承內圈發生相對轉動，造成輥頸受損或斷裂；四列圓柱滾子軸承內圈、外圈、滾動體抱死，滾動體嵌入內外圈；部分外圈在軸承座中轉動，造成外圈兩側內外端蓋、軸承座內孔受損。
4 燒軸承原因分析
通過反復跟蹤燒軸承實例，并進行對比分析，發生燒軸承事故的原因如下：
(1)軸承缺油。某規格軋機上線軋制48h后拆開檢查，其傳動端上輥軸承損壞，油脂燒干；傳動端下輥處于缺油臨界狀態，基本干油。
(2)軋機裝配不當。通過對大量軋機解體檢查，發現部分軋機在裝配中，四列圓柱滾子軸承外圈兩側端面與內外端蓋之間留有1～2mm間隙。留此間隙是為使軸承在工作狀態中，外圈沿內圈轉動方向緩慢轉動，一段時間后，外圈負荷區自動改變，從而有利于提高軸承的使用壽命。而這一現象的利用，目前僅限于在冷軋帶鋼軋機中取得成功。至于在振動大、沖擊負荷重的棒材軋機上，目前還未試驗。
通過對軋機裝配的改進，在消除外圈兩側端面與內外端蓋之間間隙后，燒軸承概率大大降低。
(3)油脂潤滑不良。通過了解，國內其他鋼廠高速棒材生產線軋輥軸承潤滑脂普遍選用耐高溫的復合鋰基脂或鋰鈣脂，價格較貴，160～400元/kg。川威集團高速棒材生產線投產初期，為降低成本，選用了與川威集團高線軋機同樣的軋輥潤滑脂(該油脂在高線軋機上使用正常)，其型號為重慶一坪廠生產的“長城”牌YP7035—12#軋輥特種脂，屬脲基脂類，價格低廉，36元/kg。通過對復合鋰基脂與脲基脂的特點進行比較(見表1)可以看出，復合鋰基脂適用于重負荷、低轉速、溫度高、不需中途加油的場合。而脲基脂適用于轉速高、負荷輕、集中潤滑的場合。高速棒材生產線精軋機負荷重，轉速低(Z高1200r/min)，軋機裝配時一次性加油，軋制3～7天后下線，中途不需加油。從油脂的特點上看，選用復合鋰基脂較合適；同時高速棒材生產線精軋機傳動端儲油空間小，儲油量少，也加劇了潤滑不良。
3 精軋機燒軸承的主要形式
川威集團高速棒材生產線精軋機燒軸承部位主要為傳動端，其事故概率與固定端比約為5:1。一般在上線軋制48h后出現，生產時間愈長，事故概率愈高。
燒軸承事故的主要破壞形式為：軋輥輥頸與四列圓柱滾子軸承內圈發生相對轉動，造成輥頸受損或斷裂；四列圓柱滾子軸承內圈、外圈、滾動體抱死，滾動體嵌入內外圈；部分外圈在軸承座中轉動，造成外圈兩側內外端蓋、軸承座內孔受損。
4 燒軸承原因分析
通過反復跟蹤燒軸承實例，并進行對比分析，發生燒軸承事故的原因如下：
(1)軸承缺油。某規格軋機上線軋制48h后拆開檢查，其傳動端上輥軸承損壞，油脂燒干；傳動端下輥處于缺油臨界狀態，基本干油。
(2)軋機裝配不當。通過對大量軋機解體檢查，發現部分軋機在裝配中，四列圓柱滾子軸承外圈兩側端面與內外端蓋之間留有1～2mm間隙。留此間隙是為使軸承在工作狀態中，外圈沿內圈轉動方向緩慢轉動，一段時間后，外圈負荷區自動改變，從而有利于提高軸承的使用壽命。而這一現象的利用，目前僅限于在冷軋帶鋼軋機中取得成功。至于在振動大、沖擊負荷重的棒材軋機上，目前還未試驗。
通過對軋機裝配的改進，在消除外圈兩側端面與內外端蓋之間間隙后，燒軸承概率大大降低。
(3)油脂潤滑不良。通過了解，國內其他鋼廠高速棒材生產線軋輥軸承潤滑脂普遍選用耐高溫的復合鋰基脂或鋰鈣脂，價格較貴，160～400元/kg。川威集團高速棒材生產線投產初期，為降低成本，選用了與川威集團高線軋機同樣的軋輥潤滑脂(該油脂在高線軋機上使用正常)，其型號為重慶一坪廠生產的“長城”牌YP7035—12#軋輥特種脂，屬脲基脂類，價格低廉，36元/kg。通過對復合鋰基脂與脲基脂的特點進行比較(見表1)可以看出，復合鋰基脂適用于重負荷、低轉速、溫度高、不需中途加油的場合。而脲基脂適用于轉速高、負荷輕、集中潤滑的場合。高速棒材生產線精軋機負荷重，轉速低(Z高1200r/min)，軋機裝配時一次性加油，軋制3～7天后下線，中途不需加油。從油脂的特點上看，選用復合鋰基脂較合適；同時高速棒材生產線精軋機傳動端儲油空間小，儲油量少，也加劇了潤滑不良。
(4)托架、萬向軸震動大，傳動不良。當托架過熱，甩動大時，軋機一般會燒軸承。而萬向軸使用末期，震動大，軋機燒軸承現象較多。從事故概率上，傳動端遠大于操作端。由此判定，托架、萬向軸震動對軋機燒軸承事故影響較大。
國內其他使用波米尼機型精軋機的鋼廠，同樣存在托架甩動大的問題，但燒軸承現象卻未如此頻繁。對比波米尼機型與達涅利機型，其四列圓柱滾子軸承型號分別為FC4050170與FC3852168，額定動負荷分別為990kN與840kN。由于達涅利機型軸承額定動負荷低于波米尼機型，故其抗震動能力不及前者，因而對托架、萬向軸的傳動平穩性要求更高。
５ 采取的措施及效果
5.1采取的措施
針對燒軸承的原因，采取了如下措施：
(1)改進裝配方式。對所有軋機進行檢查，消除軸承外圈與兩側端蓋之間間隙。在軋機下線后清洗檢查軸承時，作好標記，人工手動轉變負荷區，從而提高軸承使用壽命。
(2)改變油脂型號，選用耐高溫復合鋰基脂。通過使用重慶一坪廠改進的“長城”牌YP7035一lF 2.5#軋輥特種脂，效果明顯。雖價格略高，但與其他鋼廠使用的軋輥潤滑脂相比，價格僅為其1/3～1/6。
(3)改進傳動端鎖緊方式，提高儲油量。對傳動端外端蓋進行改進，新增軸承內圈擋圈，并取消擋環及半環，使傳動端儲油量提高1/3以上。改進后傳動端結構如3圖所示。
國內其他使用波米尼機型精軋機的鋼廠，同樣存在托架甩動大的問題，但燒軸承現象卻未如此頻繁。對比波米尼機型與達涅利機型，其四列圓柱滾子軸承型號分別為FC4050170與FC3852168，額定動負荷分別為990kN與840kN。由于達涅利機型軸承額定動負荷低于波米尼機型，故其抗震動能力不及前者，因而對托架、萬向軸的傳動平穩性要求更高。
５ 采取的措施及效果
5.1采取的措施
針對燒軸承的原因，采取了如下措施：
(1)改進裝配方式。對所有軋機進行檢查，消除軸承外圈與兩側端蓋之間間隙。在軋機下線后清洗檢查軸承時，作好標記，人工手動轉變負荷區，從而提高軸承使用壽命。
(2)改變油脂型號，選用耐高溫復合鋰基脂。通過使用重慶一坪廠改進的“長城”牌YP7035一lF 2.5#軋輥特種脂，效果明顯。雖價格略高，但與其他鋼廠使用的軋輥潤滑脂相比，價格僅為其1/3～1/6。
(3)改進傳動端鎖緊方式，提高儲油量。對傳動端外端蓋進行改進，新增軸承內圈擋圈，并取消擋環及半環，使傳動端儲油量提高1/3以上。改進后傳動端結構如3圖所示。
5.2取得的效果
采用改進措施后取得了較好效果：
(1)改進前，擋環、半環與軸承內圈采用間隙配合，對軸承內圈無軸向壓緊力。改進后，對軸承內圈施加了軸向壓緊力。因軸承內圈擋圈與輥頸采用過盈配合，且緊貼在軸承內罔外側，故其對軸承內圈轉動起到阻滯作用。
(2)加大了傳動端儲油空間。改進前，傳動端油脂儲存空間小，主要靠軸承內部滾動體之間的間隙。而改進后，外端蓋向外側延長，加大了儲油空間，延長了油脂的使用時間。
(3)由于取消了鍵、擋環、半環，因而簡化了裝配程序，操作更簡便。
(4)改進精軋機托架，震動減輕。首先，修復托架彈簧平衡裝置，減輕因托架震動對軋機的影響。另外，在軋輥軸套內安裝定位套、定位環，提高傳動平穩度。此法實施后，震動明顯減輕。
(5)使用動平衡萬向軸，消除了由于萬向軸自身甩動對軋機傳動的影響，動平衡實驗等級達6.3級。改進后，一方面減少了由于萬向軸震動對軋機的影響；另一方面提高了萬向軸的使用壽命，降低了使用成本。
(6)加強管理，規范操作。通過加強對裝配質量的監督，規范裝配操作，提高了裝配質量。
上述措施逐步實施后，2006年下半年，精軋機燒軸承數量逐月下降，至當年11月份，軸承燒損數量由上半年的月均12～22個降至0個，全年降低成本250萬元以上。同時與其他鋼廠精軋機使用維護成本相比，川威集團棒材廠的成本僅為其1/3～1/4。
采用改進措施后取得了較好效果：
(1)改進前，擋環、半環與軸承內圈采用間隙配合，對軸承內圈無軸向壓緊力。改進后，對軸承內圈施加了軸向壓緊力。因軸承內圈擋圈與輥頸采用過盈配合，且緊貼在軸承內罔外側，故其對軸承內圈轉動起到阻滯作用。
(2)加大了傳動端儲油空間。改進前，傳動端油脂儲存空間小，主要靠軸承內部滾動體之間的間隙。而改進后，外端蓋向外側延長，加大了儲油空間，延長了油脂的使用時間。
(3)由于取消了鍵、擋環、半環，因而簡化了裝配程序，操作更簡便。
(4)改進精軋機托架，震動減輕。首先，修復托架彈簧平衡裝置，減輕因托架震動對軋機的影響。另外，在軋輥軸套內安裝定位套、定位環，提高傳動平穩度。此法實施后，震動明顯減輕。
(5)使用動平衡萬向軸，消除了由于萬向軸自身甩動對軋機傳動的影響，動平衡實驗等級達6.3級。改進后，一方面減少了由于萬向軸震動對軋機的影響；另一方面提高了萬向軸的使用壽命，降低了使用成本。
(6)加強管理，規范操作。通過加強對裝配質量的監督，規范裝配操作，提高了裝配質量。
上述措施逐步實施后，2006年下半年，精軋機燒軸承數量逐月下降，至當年11月份，軸承燒損數量由上半年的月均12～22個降至0個，全年降低成本250萬元以上。同時與其他鋼廠精軋機使用維護成本相比，川威集團棒材廠的成本僅為其1/3～1/4。
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