1 前言

近幾年，在冶金棒材線生產(chǎn)行業(yè)中，短應(yīng)力線高剛度軋機(jī)因具有投資少、見(jiàn)效快、安裝調(diào)整方便、易于操作、軋制廢品少、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，受到軋鋼廠家的普遍歡迎，定貨量呈上升趨勢(shì)。然而，軋機(jī)軸承失效事故頻繁發(fā)生，多時(shí)每月每臺(tái)軋機(jī)達(dá)到22個(gè)，且更換困難、經(jīng)濟(jì)損失較大，本文就該失效現(xiàn)象進(jìn)行研究分析并提出了切實(shí)有效的改進(jìn)方法。

2 軋機(jī)軸承的特點(diǎn)及裝配結(jié)構(gòu)

該型軋機(jī)軋輥采用了二套四列短圓柱軸承和一套深溝球軸承。其中，四列短圓柱軸承，壽命長(zhǎng)，承載能力大，但只能承受徑向力，不能承受軸向力，故又采用了雙列深溝球軸承來(lái)承受軸向力。四列短圓柱軸承的外圈可以自由脫出，這樣內(nèi)圈就可以事先套在軋輥輥頸上，外圈則可先裝入軸承座內(nèi)，將軸承座推到輥頸上與內(nèi)圈配合，軸承座與軋輥的裝配就變成了軸承本身的自裝配，如圖 1。圖 1 軋輥?zhàn)髠?cè)為固定端軸承裝配，四列圓柱滾子軸承承擔(dān)主要軋制力，其內(nèi)圈與輥頸采用過(guò)盈配合。軋輥軸向固定通過(guò)深溝球軸承來(lái)實(shí)現(xiàn)，深溝球軸承承擔(dān)軋制時(shí)全部軸向載荷及部分徑向載荷。

圖 1 軋輥右側(cè)為傳動(dòng)端軸承裝配，傳動(dòng)端只有 1 套四列圓柱滾子軸承承擔(dān)軋制時(shí)的軋制力，無(wú)深溝球軸承，軋輥與軸承座在軸向無(wú)鎖緊裝置。同時(shí)四列圓柱滾子軸承內(nèi)部?jī)?chǔ)油空間小。其傳動(dòng)端擋環(huán)、半環(huán)與四列圓柱滾子軸承內(nèi)圈在軸向采用間隙配合。

圖 1 右側(cè)為萬(wàn)向軸和接軸托架，萬(wàn)向軸起聯(lián)接電機(jī)減速機(jī)與軸輥的作用，接軸托架用于托起萬(wàn)向軸及減少萬(wàn)向軸振動(dòng)的作用。

3 軋機(jī)軸承失效研究及分析

軋機(jī)軸承失效部位主要為二套四列圓柱滾子軸承，其中右側(cè)傳動(dòng)端四列圓柱滾子軸承尤為頻繁，與左側(cè)固定端比其事故概率約為5∶ 1。而軸承失效事故的主要破壞形式為:軋輥輥頸與四列圓柱滾子軸承內(nèi)圈發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，造成輥頸受損或斷裂;四列圓柱滾子軸承內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體抱死，滾動(dòng)體嵌入內(nèi)外圈;部分外圈在軸承座中轉(zhuǎn)動(dòng)，造成外圈兩側(cè)內(nèi)外端蓋、軸承座內(nèi)孔受損。

3．1 軋輥冷卻研究分析

當(dāng)軋輥工作時(shí)，其冷卻水應(yīng)將軋制產(chǎn)生的熱量及時(shí)帶走，但因冷卻水點(diǎn)布置不合理、冷卻水流量過(guò)小、水噴頭堵塞等各種原因，軋輥冷卻效果并不理想，這樣使軋輥軸承在局部區(qū)域產(chǎn)生≥170℃運(yùn)行，潤(rùn)滑脂會(huì)很快變成液態(tài)，潤(rùn)滑油大量地通過(guò)密封件向外泄漏，潤(rùn)滑條件急劇下降，導(dǎo)致軸承環(huán)境溫度進(jìn)一步升高，軋機(jī)軸承長(zhǎng)期處在高溫環(huán)境中，不僅容易使軸承內(nèi)潤(rùn)滑脂快速少干造成軸承失效，也容易造成軸承疲勞受損縮短軸承的壽命。所以在軋機(jī)生產(chǎn)中，對(duì)軋輥水冷卻的管理，也是改善軸承失效首先應(yīng)解決的內(nèi)容。

3．2 軸承密封研究分析

軋輥軸承座工作在周圍有大量的冷卻水、軋制油與氧化皮混合物飛濺的環(huán)境中，密封圈工況條件惡劣。軋輥的頻繁快速更換也會(huì)引起密封圈在軸承裝卸過(guò)程中受損。解剖使用過(guò)的軋輥軸承發(fā)現(xiàn):潤(rùn)滑劑中含有大量的水分，潤(rùn)滑脂軟化、變色，個(gè)別軸承像在水中清洗過(guò)的一樣。

3．2．1 軸承選取分析

在保持原有軸承座兩端密封的基礎(chǔ)上可選取自帶密封的軸承，自帶密封圈軸承與無(wú)密封圈軸承相比，具有優(yōu)點(diǎn)有使用壽命較長(zhǎng)、潤(rùn)滑油脂消耗量顯著減少、維護(hù)間隔時(shí)間可延長(zhǎng)一定的周期等。

3．2．2 密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)分析

將密封結(jié)構(gòu)分成三個(gè)部分:

部分為非接觸式迷宮密封，徑向軸承端為靜迷宮，軋輥端為動(dòng)迷宮。靜迷宮、動(dòng)迷宮凸環(huán)的長(zhǎng)度要適當(dāng)加長(zhǎng)，以防止軋輥冷卻水和氧化鐵皮流入軋輥軸承里。

第二部分為兩個(gè)背靠背的骨架油封，骨架采用的氟橡膠骨架，不僅價(jià)格低廉，而且合理的使用也能達(dá)到良好的效果。當(dāng)軋機(jī)為水平狀態(tài)時(shí)，兩側(cè)靜迷宮內(nèi)的軸用密封圈唇口方向必須朝軸承外安裝，可有效防止冷卻水及氧化鐵皮的濺入;當(dāng)軋機(jī)為立式狀態(tài)時(shí)，傳動(dòng)側(cè)迷宮內(nèi)密封圈唇口則朝軸承內(nèi)安裝，由于重力向下可有效防止?jié)櫥偷囊绯?非傳動(dòng)側(cè)迷宮內(nèi)密封圈唇口也是朝軸承外安裝，可有效防止冷卻水的濺入。

第三部分為防水套，在迷宮式密封靜迷宮、動(dòng)迷宮上套上由丁氰橡膠制成的防水套，套在靜迷宮上的是靜防水套，套在動(dòng)迷宮上的是動(dòng)防水套。這樣動(dòng)防水套隨著動(dòng)迷宮一起旋轉(zhuǎn)，而靜防水套和靜迷宮靜止不動(dòng)，在安裝時(shí)動(dòng)防水套和靜防水套接觸面上涂上千油，以防止軋輥冷卻水和軋件氧化鐵皮流進(jìn)迷宮式密封里。

3．3 軸承潤(rùn)滑研究分析

3．3．1 潤(rùn)滑脂存儲(chǔ)空間分析

傳統(tǒng)軸承油脂儲(chǔ)存空間小，主要靠軸承內(nèi)部滾動(dòng)體之間的間隙。可將外端蓋向外側(cè)延長(zhǎng)，加大儲(chǔ)油空間，延長(zhǎng)油脂的使用時(shí)間。

3．2．2 潤(rùn)滑脂分析

由于軸承普遍采用的潤(rùn)滑脂是普通鋰基脂，存在粘度高、錐入度低、不耐高溫和不耐高速的缺點(diǎn)，打開(kāi)軋機(jī)后軸承油脂干板、發(fā)熱卡阻的現(xiàn)象嚴(yán)重;而且易出現(xiàn)因潤(rùn)滑脂板結(jié)，不能正常潤(rùn)滑軸承而發(fā)生異常磨損、燒毀軸承的事故。

為降低成本，也有軸承選用國(guó)產(chǎn)軋輥特種脂，屬脲基脂類，價(jià)格低廉。而通過(guò)對(duì)復(fù)合鋰基脂與脲基脂的特點(diǎn)進(jìn)行比較可以看出，復(fù)合鋰基脂適用于重負(fù)荷、低轉(zhuǎn)速、溫度高、不需中途加油的場(chǎng)合。而脲基脂適用于轉(zhuǎn)速高、負(fù)荷輕、集中潤(rùn)滑的場(chǎng)合。高速棒材生產(chǎn)線精軋機(jī)負(fù)荷重，轉(zhuǎn)速低(高 1200r/min)，軋機(jī)裝配時(shí)一次性加油，軋制 3 ～7 天后下線，中途不需加油。見(jiàn)表 1，同時(shí)考慮到高速棒材生產(chǎn)線 ￠ 350 軋機(jī)傳動(dòng)端儲(chǔ)油空間小，儲(chǔ)油量少，也加劇了潤(rùn)滑不良，因而，建議選用極壓復(fù)合鋰基脂較合適。

承潤(rùn)滑采用干油潤(rùn)滑方式，原采用人工手動(dòng)潤(rùn)滑方式，費(fèi)力費(fèi)時(shí)，若操作人員責(zé)任心不強(qiáng)，往往造成軋輥軸承漏加油，導(dǎo)致軸承失效。現(xiàn)可改為自動(dòng)集中潤(rùn)滑方式，效果會(huì)更好。

而油潤(rùn)滑的冷卻效果強(qiáng)，并能從軸承內(nèi)帶走污物和水分。軋輥軸承采用油潤(rùn)滑的潤(rùn)滑方法有壓力供油潤(rùn)滑、噴油潤(rùn)滑、油霧潤(rùn)滑和油氣潤(rùn)滑:壓力供油潤(rùn)滑是常規(guī)轉(zhuǎn)速下軋輥軸承有效的潤(rùn)滑方式;噴油潤(rùn)滑是將潤(rùn)滑油以一定的壓力通過(guò)裝在軸承一側(cè)的噴油嘴噴入軸承內(nèi)部進(jìn)行潤(rùn)滑，一般應(yīng)用在高速軋輥軸承，或者壓力供油潤(rùn)滑不能滿足冷卻要求的場(chǎng)合;噴霧和油氣潤(rùn)滑是將含有油霧的干燥壓縮空氣噴到軸承內(nèi)部進(jìn)行潤(rùn)滑。優(yōu)點(diǎn)是耗油量極少，由于空氣的作用，冷卻效果極強(qiáng)。主要用于軋制速度高和軋制精度高的大型軋輥軸承，或者用于在軸承箱中不經(jīng)常拆卸的軋輥軸承。

3．4 軋機(jī)托架、萬(wàn)向軸振動(dòng)研究分析

托架、萬(wàn)向軸振動(dòng)大，傳動(dòng)不良。當(dāng)托架過(guò)熱、甩動(dòng)大時(shí)，軋機(jī)一般會(huì)燒軸承。而萬(wàn)向軸使用末期，振動(dòng)較大，軋輥軸承失效現(xiàn)象較多。從事故概率上，傳動(dòng)端遠(yuǎn)大于操作端。由此判定，托架、萬(wàn)向軸振動(dòng)對(duì)軋機(jī)燒軸承事故影響較大。而當(dāng)軋輥軸承因振動(dòng)產(chǎn)生一定磨損、或間隙和精度發(fā)生改變時(shí)將會(huì)引起軋機(jī)的強(qiáng)迫振動(dòng)，從而影響軋機(jī)生產(chǎn)、安全運(yùn)行、產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)中如果出現(xiàn)過(guò)大的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致軋機(jī)運(yùn)行性能下降或故障，有時(shí)產(chǎn)品的表面質(zhì)量急劇下降，出現(xiàn)振紋。

對(duì)于托架而言，可采取的改進(jìn)措施有:首先，修復(fù)托架彈簧平衡裝置，減輕因托架震動(dòng)對(duì)軋機(jī)的影響。另外，在軋輥軸套內(nèi)安裝定位套、定位環(huán)，提高傳動(dòng)平穩(wěn)度，從而明顯減輕托架震動(dòng)。

對(duì)于萬(wàn)向軸而言，可采取的改進(jìn)措施有:一方面使用動(dòng)平衡萬(wàn)向軸，消除由于萬(wàn)向軸自身甩動(dòng)對(duì)軋機(jī)傳動(dòng)的影響，動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)等級(jí)達(dá) 6．3 級(jí)，另一方面對(duì)萬(wàn)向軸的裝配方面一定要嚴(yán)格要求，保證裝配精度。從而一方面可以減少由于萬(wàn)向軸震動(dòng)對(duì)軋機(jī)的影響;另一方面可提高萬(wàn)向軸的使用壽命，降低使用成本。

3．5 軸承座結(jié)構(gòu)及軸承裝配研究分析

3．5．1 軸承座結(jié)構(gòu)分析

軸承的壽命與軸承座的設(shè)計(jì)是分不開(kāi)的。如果軸承座設(shè)計(jì)和制造不當(dāng)，將導(dǎo)致軸承受力不均，降低軸承壽命，軸承座應(yīng)具有調(diào)心性，避免因軋輥燒損撓曲變形而使軸承受到偏載。與軸承相關(guān)的備件的尺寸、幾何形狀、精度等級(jí)、公差范圍與設(shè)計(jì)是否相符。與軸承配合的接觸面的光潔度、硬度是否在規(guī)定范圍之內(nèi)，所有間隙、過(guò)盈配合量是否符合設(shè)計(jì)要求等等。

3．5．2 軸承裝配分析

采用間隙配合的軋輥軸承主要是為了便于更換工作輥，軸承在軸頸上和軸承座內(nèi)均采用間隙配合。根據(jù)內(nèi)徑尺寸的大小，內(nèi)圈配合的間隙范圍從 0． 05mm 到 0． 6mm。由于配合比較松，軋機(jī)工作時(shí)軸承內(nèi)圈與輥頸會(huì)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此，為防止對(duì)輥頸造成磨損，對(duì)軋輥輥頸應(yīng)有一定的硬度要求。另外，由于在長(zhǎng)期巨大壓力作用下軸承內(nèi)圈邊棱會(huì)被壓出凹痕，造成拆裝軸承困難。因此在輥頸表面與間隔環(huán)對(duì)應(yīng)的部位應(yīng)車出環(huán)形槽，而且槽寬應(yīng)比間隔環(huán)寬度大，保證拆裝軸承時(shí)間隔環(huán)不被卡在槽里。當(dāng)工作一段時(shí)間后軸承徑向間隙發(fā)生變化時(shí)，可用修配軸承內(nèi)圈之間的間隔環(huán)來(lái)進(jìn)行調(diào)整。軸承外圈定位靠壓蓋和軸承座之間的調(diào)整墊片的增減實(shí)現(xiàn)，軸承內(nèi)圈用壓緊環(huán)靠緊，壓緊環(huán)用鍵與輥頸固定在一起。壓緊環(huán)的軸向位置由槽形螺母來(lái)調(diào)整。當(dāng)槽形螺母定位后，用定位塊將其與半環(huán)鎖緊在一起，這樣便可防止螺母串動(dòng)。

圖 2 為改進(jìn)軋輥軸承裝配示意圖。在結(jié)構(gòu)方面，將軸承座軋輥側(cè)改為動(dòng)、靜迷宮環(huán)，同時(shí)，在迷宮環(huán)上套有防水套，兩迷宮環(huán)間增加骨架密封，做好軸承密封，如果想要起到更好的密封效果，也可選用自帶密封的四列圓柱滾子軸承;將兩側(cè)軸承座端蓋加長(zhǎng)，加大了潤(rùn)滑脂儲(chǔ)存空間，縮小注油頻率;將軸頸與萬(wàn)向軸連接處增加定位套，提高傳動(dòng)平穩(wěn)度。

在日常管理、維護(hù)方面，定期對(duì)冷卻系統(tǒng)水量、噴頭堵塞等進(jìn)行檢查;潤(rùn)滑油脂不能考慮短期利益，需采用更為可靠的極壓復(fù)合鋰基脂;潤(rùn)滑方式應(yīng)將手工改為集中自動(dòng)潤(rùn)滑，如果條件允許可將潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑改為油潤(rùn)滑;軸承座制造裝配上一定要嚴(yán)格按照制造和裝配精度要求;軸承裝配嚴(yán)格把關(guān)，且必須定期檢查，清洗，避免軸承內(nèi)部雜質(zhì)的滋生;規(guī)范軋鋼操作、加強(qiáng)操作規(guī)程管理，查漏補(bǔ)缺，防范未然。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)研究分析結(jié)果進(jìn)行上述相應(yīng)改進(jìn)，后再加強(qiáng)管理、規(guī)范操作后，軋機(jī)軸承失效數(shù)量逐月下降，全年降低成本及維護(hù)費(fèi)用粗略估計(jì)有數(shù)百萬(wàn)元。