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延长大型轧机轴承寿命研究

作者：bearingpower 发表时间：2010-12-12

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，使得维修工作量增加，作业率降低，成本提高，造成巨大的经济损失，严重困扰着轧制生产。目前，准确计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，探索多列滚动轴承载荷分布乃是世界上许多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。这种特殊的结构必然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维护与工作辊轴承性能之间的关系，给出了采用非接触问题的有限元法的计算结果，该结果与实际尚有较大差距，并且没有实验验证。目前有关对轧机轴承载荷分布的测量报道较少，主要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，计算轧机轴承载荷应考虑到构件变形、不均匀温度场、间隙、冲击、摩擦与润滑等因素的影响。在一些重载机构或构件刚性相对较小的机构中，构件的变形将显著影响机器的运行行为。因此，设计这类机构时，必须纳入构件变形的影响，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、承载特征。轧辊为弹性体，受载弯曲是不可避免的，因而传统四辊轧机的工作辊轴承中存在严重的偏载行为。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、异常烧损和疲劳剥落等损失。经过十多年的探索，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，从根本上解决轧机烧损轴承问题。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创造了条件。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创造了条件。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，研究并发现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受弯辊力能力。（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；该研究为从根本上解决了大型轧机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、实用新型专利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。

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