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1、1柳钢柳钢冷轧酸轧联合机组轧机测张辊、坝辊改造冷轧酸轧联合机组轧机测张辊、坝辊改造刘南劭 张栋梁 唐水清（柳钢冷轧板带厂广西柳州钢铁（集团）公司）摘要摘要 ：文章分析了柳钢冷轧生产线酸洗联合机组测张辊、坝辊原设计及轴承的存在的问题及原因，对辊子轴承、轴头及轴承座侧测张辊、坝辊进行了改造，在最小改造的成本最低的基础上取得了显著的效果及经济效益。关键词关键词 ：测张辊；坝辊；轴承1 一一、前言、前言柳钢冷轧板带厂酸轧联合机组于 2008 年 9 月竣工投产，采用了紊流酸洗与 5 机架连轧技术。连轧机组的大体基本组成基本为：轧机入口张力辊、5 机架连轧机、测张辊、坝辊、测厚仪、板型仪、出口夹送辊、出
2、口转向辊、CARROUSEL 张力卷曲机。冷轧厂产量酸轧机组从最初的每月几千吨每月，到现在每月十二万吨以上，随着产量的提升及酸轧机组速度的不断提高，轧机间测张辊、坝辊的存在陆续暴漏出问题陆续暴露出来，多数为轴承内圈保持架损坏后导致轴承抱死，辊子故障平均处理平均时长 100 分钟/根，严重影响了冷轧作业率的提高及产品的质量（一般轴承抱死后即伴随带钢被辊面划伤） 。为解决此该问题，对测张辊、坝辊结构进行了改造改进。二、二、测张辊、坝辊测张辊、坝辊分布分布布置布置及受力分析及受力分析2.12.1（一）（一）测张辊及坝辊布置测张辊及坝辊布置测张辊及坝辊布置如图 1 所示，测张辊、坝辊一共有 9 根，均
3、为自由辊，辊身直径为275280mm，辊身长度 1550mm，分别其分布在为 F1 轧机入口侧测张辊 1 根，F2F1至 F4 出口测张辊及坝辊各 1 根。其中位于带钢下方即为的测张辊共 5 根，辊身的上表面标高高于轧制线高度 10mm，两端轴承座下均安装有压力传感器，用于测量带钢的张力值；位于其余带钢上方其余辊子的为坝辊共 4 根，由两个液压缸驱动，在轧制时坝辊压下以使带钢与测张辊形成足够大的包角，以获取可靠的带钢张力值的数据供机组使用，同时也起到阻挡乳化液进入下一个机架的作用。2图 1 测张辊、坝辊分布布置图2.22.2（二）（二）测张辊、坝辊受力分析测张辊、坝辊受力分析5 架轧机均为 6
4、4 辊轧机，分别为 2 个工作辊和 2 个支撑辊， （6 辊轧机怎么才 4 个辊？）工作辊带弯辊功能。测张辊、坝辊最高转速约为 1000m/min，轧机间最大带钢张力理论值为 1000KN，试机实际工作张力值在 700KN 以下。三三 3 3、测张辊、坝辊原设计、测张辊、坝辊原设计机构机构结构结构及及辊子辊子损坏原因分析损坏原因分析测张辊、坝辊结构如图 2 所示，轴承安装形式为一侧为定死端固定端？，一侧为游动活动游动端；，即一端轴承的内、外圈均作双向固定，限制了轴的双向移动；而另一端轴承内圈双向固定，外圈两侧都不固定，当轴伸长或缩短时，外圈可在座孔内作轴向游动，且轴承内圈均轴端螺母固定。均由轴
5、端锁母固定在辊身上。辊子损坏的主要原因为是轴承抱死保持架损坏（这与前言中“保持架损坏后导致轴承抱死”表达不一，要统一。是否改为“辊子损坏的主要原因是轴承内圈保持架损坏导致轴承抱死” ） ，因一端为由于固定端所有轴向力由它承受的轴向力最大，所以辊子损坏的多为定死固定端的轴承。五连轧机轧制过程中为无头连续轧制，测张辊、和坝辊转速高、承载大且使用频率高，再加上辊子安装时存在的轴线与轧制轧机线垂直度的存在安装误差，及带钢本身的浪形，均使得辊子在轧制过程中承受很大的轴向力。而轴承安装形式决定固定端轴承承受的轴向力相对较大，当轴向力大于轴承的载荷设计值时，轴承内圈保持架损坏，轴承抱死。因此，现场测张辊或坝
6、辊非正常下线维修时多为固定端的轴承损坏引起。而每次拆开轴承座检查分析后轴承损坏情况，其原因来分析都是轴承在大的轴向力作用下轴承因内圈与外圈均被固定死，当轴向力大到极限载荷时保持架断裂，轴承抱死。3图 2 测张辊、坝辊结构（请把 CAD 原图的尺寸标注和序号放大后再复制过来，看清楚为止）4 4 四四、测张辊、坝辊改造内容、测张辊、坝辊改造内容针对上述测张辊及坝辊轴承易损坏问题，对测张辊、坝辊轴承、轴承座进行了变更改造，主要内容如下：（1） 、1.轴承选型考虑到测张辊、坝辊要承受较大的轴向力，但而目前辊子使用的轴承现有 21314E 无法达到满足受力要求，为了增加轴承的轴向承载力又，且考虑变更更换
7、周期及成本，根据安装尺寸，决定选用 22314E 轴承来替代 21314E 轴承， 。经过计算，在满足转速等工况及外部条件下，有效的地提高了辊子轴承的各项承载能力，改造计算过程如下：1表 1 改造前后的两种轴承性能对比4轴承型号名称疲劳负荷极限KN动态载荷KN静态载荷KN参考转速r/min极限转速r/min21314E球面辊子轴承34.52853254000560022314E球面辊子轴承4540043034004500从表 1 可以看出，轴承变更后两种轴承除转速有所下降外其他参数都有所增加，而轴承 22314E 具体能否达到满足使用要求可以由公式（1）计算其线速度：(1)DVS式中 D 为辊
8、子直径 280mm、V 为轴承参考转速 3400r/mm，经计算得到轴承 22314E 的参考线速度为 S 为 2989m/min，远远大于机组设计出口最大速度 1300m/min。轴向载荷能力方面可以参考公式（2）：（2）2003.0BdFap式中 Fap=最大轴向载荷 KN、 ，B=轴承宽度 mm、 ，d=轴承内径 mm。由此可知轴承22314E21314E 与 22314E 在内外径相同的情况下，改造后轴向载荷的变化取决于轴承宽度的变化，宽度上 21314E 为 35mm 而 22314 为 51mm，因此，改造后轴承宽度增加了 45.7，即改造后比改造前所能轴承能承受的轴向载荷整整增大
9、了 45.7%。（2） 、2.轴头改造为节约成本，只对辊子的轴头和轴承座进行改造。因改造后轴承宽度由原来的 35mm变为 51mm，为节约成本，在原来辊子辊身不变的情况下，只将必须将轴头长度加长由原来的 51mm 增加到 67mm，才能满足装配要求。辊子轴头加长尺寸前后变化见图 3。5a）修改前尺寸 b）修改后尺寸图 3 改造前后轴头尺寸对比（3）3.轴承座改造更换辊子轴承型号后，由于轴承只是宽度增加了 16mm，其余尺寸均未发生改变，且辊子仍要安装在原来的底座上（辊子安装尺寸 1671mm 不变） ，必须要对轴承座进行相应的改造。由于更换轴承只是轴承宽度增加 16mm，其余尺寸均未发生改变，
10、因此，只需要增加轴承座的轴向长度宽度 16mm 16mm 即可，轴承座的透盖及闷盖的尺寸不需要改动，改动量较小。 。 、因 21314E 与 22314E 轴承内外径均未发生改变，只是宽度增加，所以利用原来的透盖及闷盖，为使轴承座改造后能正常地安装在原来的底座上，将轴承座轴向长度增加的16mm 在透盖一侧（还是闷盖一侧？） ，使得轴承座底座固定螺孔位置向内侧偏心。 （后面这句表达有些歧义：是轴承座螺孔位置还是轴承座底座螺孔位置向内侧偏心？内侧指的是轴承座内侧吗？或者后面这句不要，前面已经表达清楚了）另外加工轴承座变宽后为使能正常安装在原底座上，轴承座底座固定螺孔位置向内侧偏心。改造前后的轴承座
11、尺寸变化见如图 4 所示、图 5。6图 4 改造前后轴承座尺寸图 5 改造后轴承座尺寸5 5 五五、 改造效果改造效果因整个改造过程对辊身及辊轴设备安装均未作出大的改动，且多数零配件仍能使用原用原来的配件改造之前的，所以改造成本低廉。改造后辊子更换周期由原来的 1 个月增加到 3 个月，使每根辊子的过钢量从原来的每月约 10 万吨增长到现在每月约 30 万吨。全年按全年 120 万吨产量计算的话，改造前每根测张辊、坝辊需要更换 12 次，每次需要 4 个钳工工作两小时。改造后每根测张辊、坝辊只需更换 4 次， 。因此，经计算，全年可节约轴承成本约（共 9 根测张辊、坝辊）0.1（12-4）29
12、=14.4 万元，节约工时约742（12-4）9=576 小时。且改造后大幅减少了轴承在线损坏次数，全年减少了由于辊子损坏造成协议卷的数量约（）100 卷（原来每次测张辊、坝辊在线损坏可能会造成23 卷钢被判协议卷） ，同时全年减少非计划停机时间。降低故障时间和换辊时间约（60）h，按目前冷板平均价格 4500（元/吨）计算，全年可多生产钢板约（）1.3 万吨，增加产值近产生经济效益（）5800 万元（12036524故障和换辊时间价格，算式不用写） ，直接创效接近 300 万元。每次测张辊、坝辊在线损坏可能会造成 2-3 卷钢被判协议卷。改造后，基本实现了定期更换，大幅减少了在线损坏的次数，减少了由辊子损坏造成协议卷的数量。参考文献参考文献1 机械设计手册编委会。.机械设计手册（第 2 卷） 【M】.北京：机械工业出版社，2004.2 SKF 轴承综合型录【M】.PUB BU/P1 00000 ZH.2010.
