1 前言

近幾年，在冶金棒材線生產(chǎn)行業(yè)中，短應力線高剛度軋機因具有投資少、見效快、安裝調整方便、易于操作、軋制廢品少、重量輕等優(yōu)點，受到軋鋼廠家的普遍歡迎，定貨量呈上升趨勢。然而，軋機軸承失效事故頻繁發(fā)生，多時每月每臺軋機達到22個，且更換困難、經(jīng)濟損失較大，本文就該失效現(xiàn)象進行研究分析并提出了切實有效的改進方法。

2 軋機軸承的特點及裝配結構

該型軋機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，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承受軸向力。四列短圓柱軸承的外圈可以自由脫出，這樣內圈就可以事先套在軋輥輥頸上，外圈則可先裝入軸承座內，將軸承座推到輥頸上與內圈配合，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 軋輥左側為固定端軸承裝配，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。軋輥軸向固定通過深溝球軸承來實現(xiàn)，深溝球軸承承擔軋制時全部軸向載荷及部分徑向載荷。

圖 1 軋輥右側為傳動端軸承裝配，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(huán)、半環(huán)與四列圓柱滾子軸承內圈在軸向采用間隙配合。

圖 1 右側為萬向軸和接軸托架，萬向軸起聯(lián)接電機減速機與軸輥的作用，接軸托架用于托起萬向軸及減少萬向軸振動的作用。

3 軋機軸承失效研究及分析

軋機軸承失效部位主要為二套四列圓柱滾子軸承，其中右側傳動端四列圓柱滾子軸承尤為頻繁，與左側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圈發(fā)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。

3．1 軋輥冷卻研究分析

當軋輥工作時，其冷卻水應將軋制產(chǎn)生的熱量及時帶走，但因冷卻水點布置不合理、冷卻水流量過小、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℃運行，潤滑脂會很快變成液態(tài)，潤滑油大量地通過密封件向外泄漏，潤滑條件急劇下降，導致軸承環(huán)境溫度進一步升高，軋機軸承長期處在高溫環(huán)境中，不僅容易使軸承內潤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。所以在軋機生產(chǎn)中，對軋輥水冷卻的管理，也是改善軸承失效首先應解決的內容。

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引起密封圈在軸承裝卸過程中受損。解剖使用過的軋輥軸承發(fā)現(xiàn):潤滑劑中含有大量的水分，潤滑脂軟化、變色，個別軸承像在水中清洗過的一樣。

3．2．1 軸承選取分析

在保持原有軸承座兩端密封的基礎上可選取自帶密封的軸承，自帶密封圈軸承與無密封圈軸承相比，具有優(yōu)點有使用壽命較長、潤滑油脂消耗量顯著減少、維護間隔時間可延長一定的周期等。

3．2．2 密封結構改進分析

將密封結構分成三個部分:

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

第二部分為兩個背靠背的骨架油封，骨架采用的氟橡膠骨架，不僅價格低廉，而且合理的使用也能達到良好的效果。當軋機為水平狀態(tài)時，兩側靜迷宮內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;當軋機為立式狀態(tài)時，傳動側迷宮內密封圈唇口則朝軸承內安裝，由于重力向下可有效防止?jié)櫥偷囊绯?非傳動側迷宮內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，套在動迷宮上的是動防水套。這樣動防水套隨著動迷宮一起旋轉，而靜防水套和靜迷宮靜止不動，在安裝時動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迷宮式密封里。

3．3 軸承潤滑研究分析

3．3．1 潤滑脂存儲空間分析

傳統(tǒng)軸承油脂儲存空間小，主要靠軸承內部滾動體之間的間隙。可將外端蓋向外側延長，加大儲油空間，延長油脂的使用時間。

3．2．2 潤滑脂分析

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

為降低成本，也有軸承選用國產(chǎn)軋輥特種脂，屬脲基脂類，價格低廉。而通過對復合鋰基脂與脲基脂的特點進行比較可以看出，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(chǎn)線精軋機負荷重，轉速低(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。見表 1，同時考慮到高速棒材生產(chǎn)線 ￠ 350 軋機傳動端儲油空間小，儲油量少，也加劇了潤滑不良，因而，建議選用極壓復合鋰基脂較合適。

承潤滑采用干油潤滑方式，原采用人工手動潤滑方式，費力費時，若操作人員責任心不強，往往造成軋輥軸承漏加油，導致軸承失效?，F(xiàn)可改為自動集中潤滑方式，效果會更好。

而油潤滑的冷卻效果強，并能從軸承內帶走污物和水分。軋輥軸承采用油潤滑的潤滑方法有壓力供油潤滑、噴油潤滑、油霧潤滑和油氣潤滑:壓力供油潤滑是常規(guī)轉速下軋輥軸承有效的潤滑方式;噴油潤滑是將潤滑油以一定的壓力通過裝在軸承一側的噴油嘴噴入軸承內部進行潤滑，一般應用在高速軋輥軸承，或者壓力供油潤滑不能滿足冷卻要求的場合;噴霧和油氣潤滑是將含有油霧的干燥壓縮空氣噴到軸承內部進行潤滑。優(yōu)點是耗油量極少，由于空氣的作用，冷卻效果極強。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 軋機托架、萬向軸振動研究分析

托架、萬向軸振動大，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，振動較大，軋輥軸承失效現(xiàn)象較多。從事故概率上，傳動端遠大于操作端。由此判定，托架、萬向軸振動對軋機燒軸承事故影響較大。而當軋輥軸承因振動產(chǎn)生一定磨損、或間隙和精度發(fā)生改變時將會引起軋機的強迫振動，從而影響軋機生產(chǎn)、安全運行、產(chǎn)品質量，生產(chǎn)中如果出現(xiàn)過大的振動會導致軋機運行性能下降或故障，有時產(chǎn)品的表面質量急劇下降，出現(xiàn)振紋。

對于托架而言，可采取的改進措施有: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(huán)，提高傳動平穩(wěn)度，從而明顯減輕托架震動。

對于萬向軸而言，可采取的改進措施有:一方面使用動平衡萬向軸，消除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，另一方面對萬向軸的裝配方面一定要嚴格要求，保證裝配精度。從而一方面可以減少由于萬向軸震動對軋機的影響;另一方面可提高萬向軸的使用壽命，降低使用成本。

3．5 軸承座結構及軸承裝配研究分析

3．5．1 軸承座結構分析

軸承的壽命與軸承座的設計是分不開的。如果軸承座設計和制造不當，將導致軸承受力不均，降低軸承壽命，軸承座應具有調心性，避免因軋輥燒損撓曲變形而使軸承受到偏載。與軸承相關的備件的尺寸、幾何形狀、精度等級、公差范圍與設計是否相符。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，所有間隙、過盈配合量是否符合設計要求等等。

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均采用間隙配合。根據(jù)內徑尺寸的大小，內圈配合的間隙范圍從 0． 05mm 到 0． 6mm。由于配合比較松，軋機工作時軸承內圈與輥頸會出現(xiàn)相對運動。因此，為防止對輥頸造成磨損，對軋輥輥頸應有一定的硬度要求。另外，由于在長期巨大壓力作用下軸承內圈邊棱會被壓出凹痕，造成拆裝軸承困難。因此在輥頸表面與間隔環(huán)對應的部位應車出環(huán)形槽，而且槽寬應比間隔環(huán)寬度大，保證拆裝軸承時間隔環(huán)不被卡在槽里。當工作一段時間后軸承徑向間隙發(fā)生變化時，可用修配軸承內圈之間的間隔環(huán)來進行調整。軸承外圈定位靠壓蓋和軸承座之間的調整墊片的增減實現(xiàn)，軸承內圈用壓緊環(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調整。當槽形螺母定位后，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。

圖 2 為改進軋輥軸承裝配示意圖。在結構方面，將軸承座軋輥側改為動、靜迷宮環(huán)，同時，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;將兩側軸承座端蓋加長，加大了潤滑脂儲存空間，縮小注油頻率;將軸頸與萬向軸連接處增加定位套，提高傳動平穩(wěn)度。

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

5 結語

根據(jù)研究分析結果進行上述相應改進，后再加強管理、規(guī)范操作后，軋機軸承失效數(shù)量逐月下降，全年降低成本及維護費用粗略估計有數(shù)百萬元。