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1、轧辊轴承的润滑武钢3000mm中厚板轧钢机工作辊用长寿命轴承国家鉴定会总结成都科华重型轴承 成都重型轴承研究所 武汉钢铁集团公司轧板厂3000 轧钢机是二重采纳德国德马克公司技术，为武钢技术改造设 计、制造的先进的四辊轧机。该机的支承辊采纳油膜轴承，工作辊采纳四列圆锥滚子轴承。因受主机设计空间的限制，二重选用了3819/560 （10779/560E）四列圆锥滚子轴承，该轴承 的外形尺寸为dxDxB （T） =560x750x368。同时二重及武钢均提出了轴承设计水平应与国 外先进水平相当，使用寿命要达到轧钢30万吨以上。为满足主机设计及使用要求，成都科 华重型轴承（成都重型轴承研究所）采纳了
2、国内独创的“滚动轴承极限设计方法”对3819/560E 轴承进行了设计运算，在尚留有设计储备前提下，加大了滚子直径及长度，使该轴承的额定 动载荷达到7100KN，额定静载荷达到19200 KN。查阅1995年洛轴所编写的全国滚动轴承 产品样本，该轴承原有的额定动载荷为4370 KN，额定静载荷为13300 KN。两相比较，成 都科华重轴公司轴承的额定动载荷是原有轴承的 1.6247 倍，额定寿命则是原有轴承的 5.04 倍。轴承主材采纳了高可靠性和长寿命的电渣重熔钢：G20Cr2Ni4A，确保大幅度提高轴承 的使用寿命；在热加工方面采取了细化组织、减小热处理变形的有效措施，保证了轴承零件 的金
3、相组织及硬度的平均，提高了轴承寿命；围绕多列轴承担力平均的要求，在冷热加工的 工艺、工装、检测及装配方面采取了一系列提高轴承寿命的有效措施，以保证达到轴承应有 的使用寿命。通过二年多来的使用证明，成都重型轴承研究所与武钢轧板厂共同研制开发的 长寿命轴承取得了可喜成果，轴承的平均轧钢量己超过50万吨，已高于原中厚板轧机用轴 承的轧钢量一倍以上，确属长寿命中厚板轧机轴承，超过了设计及使用单位对该轴承的预期 要求，除二套轴承因故障损坏外，其余轴承仍在使用中。2001年8月24 日，国家经贸托付付四川省经贸委在湖北省武汉市主持召开了 3000mm中板 轧机用长寿命轴承3819/560（10779/56
4、0E）新产品鉴定会。鉴定委员会批阅了由成都重型轴 承研究所和武钢轧板厂联合向鉴定委员会提供的全套技术资料，听取了研制、使用、检测、 标准化、工艺审查及查新等各项报告和质疑答辩，并对轴承的使用现场进行了实地考察和验 证。鉴定委员会通过认真评审，形成鉴定意见如下：1. 提供的技术资料清晰完整，数据准确可靠，符合国家产业技术政策和新产品鉴定要求。2. 所研制的长寿命轴承设计先进（采纳了独创的极限设计方法），选材精良（优质电渣重溶 渗碳钢），加工工艺合理，轴承的设计制造综合技术水平达国内领先水平。3. 使用报告提供的数据说明，所研制的长寿命轴承自1999年运行至今，平均轧钢量已达50 万吨，超过了主机
5、设计要求（轧钢量30万吨） ，也大大超过了国内同类轴承的平均使用寿命， 达国内先进水平。鉴定委员会一致同意通过鉴定。建议进一步加大推广应用范畴，并举荐该产品申报国家级新 产品。附注：1.本项目已获 2002 年度国家重点新产品证书。2.该轴承最终的平均轧钢量已超过70 万吨。延长大型轧机轴承寿命研究自 80 年代以来，国内外大型板带热（冷）连轧机均配置了弯辊装置，普遍存在工作辊轴承 寿命短，甚至发生烧熔事故，使得修理工作量增加，作业率降低，成本提高，造成庞大的经 济缺失，严峻困扰着轧制生产。目前，准确运算和测量单列滚动轴承承载时的载荷分布是比 较困难的事，探究多列滚动轴承载荷分布乃是世界上许多
6、研究者倍加关注的问题。轧机轴承 属多列滚动轴承，由于轧机载荷大和辊系空间小等条件限制，轴承座必须是比较单薄的结构。这种专门的结构必定使轴承载荷分布发生变化。R. L. Ebaugh和J. V. Poplawski曾在Iron & Steel Engineer 上撰文论述了操作条件和爱护与工作辊轴承性能之间的关系，给出了采纳非 接触问题的有限元法的运算结果，该结果与实际尚有较大差距，同时没有实验验证。目前有 关对轧机轴承载荷分布的测量报道较少，要紧是由于轧机轴承系统结构的复杂性，又要在运 转状况下测量工作载荷，使测试难度增大。关于对热连轧机轴承径向载荷分布的测试，尚未 见报道。轧机属于重载机构，
7、运算轧机轴承载荷应考虑到构件变形、不平均温度场、间隙、 冲击、摩擦与润滑等因素的阻碍。在一些重载机构或构件刚性相对较小的机构中，构件的变 形将显著阻碍机器的运行行为。因此，设计这类机构时，必须纳入构件变形的阻碍，以使所 设计的机构在负载状态仍能保持刚性构件假设下所具有的运动、承载特点。轧辊为弹性体， 受载弯曲是不可幸免的，因而传统四辊轧机的工作辊轴承中存在严峻的偏载行为。这一问题 长期以来一直没有引起人们的足够重视，由此引发的轴承低寿命、专门烧损和疲劳剥落等缺 失。通过十多年的探究，我们利用轧机综合自位理论对轧机轧轴承约束机构进行了全面改造， 从全然上解决轧机烧损轴承问题。该方法为多列轴承均载
8、特性研究创出了一条新路，为提高 大型轧机设计技术和轧钢生产质量制造了条件。理论分析和现场试验结果都充分验证了自适 应均载装置的合理和正确性。该方法为多列轴承均载特性研究创出了一条新路，为提高大型 轧机设计技术和轧钢生产质量制造了条件。本成果是针对延长轧机轴承寿命开展了轧机轴承载荷特性理论研究、工程测试研究及轧机轴 承自适应均载等方面的研究。在国家科技部、山西省科技厅和宝钢的项目支持下，完成了轧辊轴承和轴承座的受热和受力 分析、轧机工作辊轴承易损的新理论研究、轴承座及轴向固定装置结构设计、轴承座及轴向 固定装置结构设计、轴承及轴承座载荷分布及温度分布的理论研究、试验研究及工业考核等 工作。在以下
9、几方面获得了创新性成果。（1）用三维弹性有摩擦接触边界元法专用程序分析弯辊力作用下的轴承的负荷特性，用边 界元法或有限元法分析轴承的热变形，在此基础上，研究并发觉了工作辊多列轴承偏载及各 列偏载状况；（2）用轧机综合自位理论发明出新型轴承座约束杆系机构，在弯辊力和轴向力联合作用下， 既能轴向固定轧辊且能保证自位性能；（3）研制出轴承座与弯辊柱塞间的联接副代替原高速机构,即可保证轴承座自位又可增强承 担弯辊力能力。（4）优化轴承座镗孔曲线，使其在高速下受热变形后各列轴承间隙相同，保证均载。（5）给出了轴承各列辊子径向载荷、工作辊轴向力，轴承座及轴承温度等测量技术； 该研究为从全然上解决了大型轧机
10、轴承寿命短的问题奠定了理论基础，成果已用于宝钢 2050 热连轧机上，有效地解决了轧机组合轴承长期困扰的短寿烧损问题。经现场在线对比 测试显示，本装置将组合轴承原偏载系数偏载系数1.47 降低至1.04；原偏载率下降80%以 上，将进口德国SKF组合轴承寿命由3209小时提高至10670小时，国产瓦房店组合轴承寿 命由1300h提高到4120小时，以取得了显著的经济效益，并对我国实现大型板带轧机成套 设备国产化具有重要意义。该项研究获得专利4项（发明专利1项、有用新型专利3项），在机械工程学报、工程力学 等一级学术期刊上发表论文20余篇。取得了良好的社会效益。长寿命轴承的安装与调整为保证轴承的
11、长寿命，不能满足于一样的安装与调整要求，宜重点采取以下几项措施：（1）将轴承按其过盈配合表面的尺寸分组，每组中又将轴承按其游隙大小顺次排列。将相应 的轴或座孔直径作同样分组。将过盈配合表面尺寸大的轴承组与直径大的轴组或座孔组对应 选配，而尺寸小的与直径小的对应组选配。在相配的每个对应组中，将游隙大的轴承取较紧 的配合，游隙小的轴承取较松的配合。如此选配的结果，使得在同批安装的机器中，轴承的配合过盈较为一致，既只是松，也只是 紧，游隙也较为平均一致，从而保证轴承安装后的预应力合宜，并幸免蠕动、套圈胀裂、因 游隙不当而产生的冲击、振动或发热、抱合等非正常轴承失效的发生。（2）支承两端的轴颈和座孔的
12、同轴度及其与支承端面的垂直度要严格保证，防止附加负荷的 产生。假如可能，对轴承以外负荷作用妁机械元件应稍稍远离较易损坏的那一端轴承，同时 轴与旋转件系统要尽可能运转平稳。合理使用轧辊轴承降本增效 目前轧辊轴承要紧有滚动轴承和滑动轴承两类。 滚动轴承大多采纳双列球面滚子轴承、双列四列圆锥滚子轴承、多列圆柱滚子轴承。滚动轴 承刚性大、摩擦系数较小，但抗冲击性能差，外形尺寸大。滑动轴承按摩擦方式分为半干摩擦和液体摩擦。半干摩擦滑动轴承要紧是开式酚醛类布树脂 轴承（即胶木瓦）或铜瓦、尼龙瓦。它们靠水润滑，摩擦系数大、精度低、磨损严峻，要紧 用于初轧机，现已逐步被各厂剔除。液体摩擦轴承通常称油膜轴承、有
13、动压、静压、静动压 三种。润滑剂为高压油，在轧辊辊颈与轴承间建立起油膜，幸免了它们的直截了当接触磨擦， 磨擦系数小、速度范畴大、刚性好、精度高、寿命长。油膜轴承逐步受宠 让我们对油膜轴承的优点进行进一步剖析。所谓磨擦系数小，是因为油膜的隔离作用，在稳固工作时，磨擦系数为 0.0010.005，与滚 动轴承大致相同，磨擦损耗低，节约能源。所谓承载能力高，指的是在轧辊直径相同情形下，油膜轴承的辊颈是圆锥形，滚动轴承的辊 颈是圆柱形，油膜轴承辊颈根部尺寸比滚动轴承大许多，强度高40%左右。所谓速度范畴广，指的是不管用在高速线材轧机（120m/s）,依旧板带轧机（1040m/s）均 能保证较高的轧制精
14、度（v0.02mm）,专门中板单机架可逆轧机，正向轧制后，轧辊停转， 再反向启动。并常显现“带钢压下”即在轧件尾部还没有抛出时即停转，并在零转速下加载（压 下）再反向启动。油膜轴承适合轧制速度由正到零，由零到负的可逆（正、反转）状态下工 作。所谓使用寿命长，指的是油膜轴承是液体磨擦，轴承工作面的磨损近于零，无磨损元件（滚 子、保持架），在正常使用条件下，其寿命可达1020年，而滚动轴承寿命为1年左右。 所谓体积小、结构紧凑，指的是在承载能力相同时，其体积比滚动轴承小，因油膜轴承没有 滚子、保持架，使轴承座轴向空间减小专门多，在轧辊和牌坊窗口尺寸相同时，轴承座上余 外的空间，就可设置轧辊平稳缸、
15、弯辊装置、牌坊预应力装置，以实现板形、板厚自动操纵。 所谓抗冲击能力强，指的是轴承的负荷确实是轧制力，即轧件的变形抗力，通常轧件是在被 咬入时进行轧制的，载荷是突然建立起来，轧辊轴承所受的是冲击载荷，滚动轴承是刚性接 触，它无法承担冲击载荷，因此寿命短，而油膜轴承是轧辊辊颈与轴承间的油膜垫起到了缓 冲作用，当轧辊受到冲击时，就要排挤轧辊与轴承间的油，而间隙专门小，油又粘，油受压 产生庞大的抗击力，此力平稳突加的冲击载荷，使轴承免于受损。所谓抗污染能力强，指的是中板轧机环境差，粉尘、冷却水、氧化铁皮、高温。滚动轴承的 密封条件较差，专门容易受到污染，而油膜轴承的密封良好具有固定密封和回转密封，能
16、长 期在极差的环境下正常工作。由于油膜轴承具有上述许多优点，现已广泛用于中厚板轧机，冷热连轧机的轧辊轴承上。然 而，油膜轴承润滑系统复杂，一次投资大，油膜轴承要求油过滤精度高保证油膜厚度，大的 润滑油流量保证循环润滑和冷却，高灵敏的自调剂能力以满足转速变化，因此润滑系统庞大， 地下润滑站的建立，使一次性投资专门大。降低滚动轴承消耗刻不容缓 滚动轴承由于抗污染、抗冲击能力差、使用寿命短、事故率高、消耗高、阻碍生产。 针对滚动轴承使用的上述局限性，为尽量提高轴承的使用寿命，幸免事故发生，近年来轧钢 企业不断对支承辊轴承的使用、制造、安装进行了下列改进。一是轴承结构的改变。6727/950轴承销子（支柱）原采纳一端螺纹，一端焊接的结构，使用 过程中常造成销子脱落、断裂，将结构改造，销子两端均采纳焊接到垫圈上方式，取消螺纹 联接，加大焊接坡口尺寸，提高焊接成效，减少因销子脱落事故。二是改进润滑脂。三是提高密封成效。密封成效不行
