熱軋軋機輥軸承密封及潤滑適應性改造設計

郭 磊，楊朱衡，林 春

（山東鋼鐵股份有限公司，山東 萊蕪 271100）

熱軋軋機輥軸指的是冶金軋機機架上的輥頸和滾筒上安裝的軸承，主要通過圓柱滾子軸承來承受徑向的承載力。為此，如果熱軋軋機輥軸出現了運轉不良或者是損壞的現象，主要是由于密封效果不好或者是裝配條件差而引起的。另外，有大量實踐證明：通過對其密封及潤滑適應性改造設計，可切實提高熱軋軋機輥軸的運行效率、降低運行成本，延長使用壽命[1]。

1 熱軋軋機輥軸存在的問題

（1）熱軋軋機輥軸的運行效率和使用壽命與軸承座之間是息息相關的，如果軸承座設計不合理，就會導致熱軋軋機輥軸受力不均。

（2）在軋機的生產和制造過程中，機架由于受鋼板沖擊載荷的影響，就會出現熱軋軋機輥軸損壞的問題，從而降低和減少軸承的使用壽命。

（3）軸承座應當具備基本的調心性能，這樣才能合理地避免由于熱軋軋機輥損壞、燒毀、撓曲以及變形而使軸承出現偏離的現象。

（4）軋機機架輥齒輪箱因設計不合理以及未能綜合考慮到設備與設備之間尺寸與形狀、精度和公差等的問題[2]。

（5）熱軋軋機輥軸密封效果差，使得大量的氧鐵皮、冷卻水、水蒸氣滲入其中，使其遭受侵蝕。

（6）軋機機架輥的工況環境十分惡劣；

（7）軸承接觸面的光潔度、硬度不在規定的范圍之內，軸承間隙不符合設計要求；

以上這些問題的存在，使得軋機機架輥經常會出現漏油、進水等的問題，嚴重影響著熱軋軋機輥軸的潤滑效果，進而大大縮短其使用壽命。因為，每一臺熱軋軋機輥的使用壽命為30年左右，如果密封及潤滑適應性不良就會導致大量的潤滑油泄露，從而降低使用壽命，給企業造成巨大的經濟損失。為此，熱軋軋機輥軸承密封及潤滑適應性改造設計已經成為了熱軋軋機輥軸產量和質量提升的關鍵所在。

2 熱軋軋機輥軸承密封改造設計

2.1 熱軋軋機輥軸的安裝

軸承密封件安裝水平的高低在一定程度上直接決定著熱軋軋機輥軸的運行效率和使用壽命。為此，在具體的安裝工作中，還應當綜合考慮軸承密封件的形式、型號以及種類，并能嚴格按照軸承密封件的使用說明書對其進行安裝，保證熱軋軋機輥軸的安裝質量。

（1）安裝前。①軸承、軸套、壓蓋不得出現毛刺；②保證軸承質量；③密封件、密封腔、軸，壓蓋在安裝之前必須清洗干凈。

（2）安裝中。①為了降低熱軋軋機輥軸的摩擦阻力，應當于密封處涂抹一層薄薄的油，以此實現潤滑效果，由于考慮到橡膠圈的相容性，如果不宜使用油，可以用肥皂水代替；②軸承的密封件可以使用普通的氟橡膠，現將靜環與壓蓋一起安裝在軸承上，然后再安裝動環組件[3-5]。

（3）安裝后。已經完成安裝并進入使用狀態的熱軋軋機輥軸還應當定期對其進行觀察和測量，保證其始終可以處于正常的運行狀態中。

2.2 改造設計原理

從熱軋軋機輥軸流體動力密封原理角度來說，對于動態下的油封與軸承之間狹小的接觸帶上，有一層液膜，由于其具有流體動壓的特點，可以有效降低軸承與密封件的摩擦力。因為，摩擦力的存在會使密封間接觸面受圓周方向切向力的影響，形成切向變形，從而改善動態狀態下的潤滑效果。另外，熱軋軋機輥軸密封表面上存在的隆起與凹陷，就好比微小的滑動軸承板，將粘性狀的液體帶入軋機軸承的間隙中，所形成的流體動力液膜，對熱軋軋機輥軸承起到密封及潤滑的雙重效果。而對熱軋軋機輥軸承密封及潤滑適應性進行改造設計，其根本目的是減少和降低密封唇口部位的磨損情況，使接觸面能始終保持在邊界摩擦和流體潤滑兩種狀態之下，避免干摩擦現象的出現。

2.3 機械密封及軸承密封表面精度改造設計

機械密封借助的是一對或者數對垂直于軸座滑動端面，并在流體壓力和補償彈力的相互作用下保持貼合，并輔以輔助密封進而實現阻止熱軋軋機輥軸出現潤滑油泄露的一種裝置；軸承密封指的是在密封環和密封條的緊密配合下防止熱軋機軸阻漏的一種裝置，密封環又是構成機械密封中最重要的一個元件，其在某種程度上直接決定著熱軋軋機輥軸的運行效率和使用壽命。為此，提高機械密封及軸承密封表面精度是熱軋軋機輥軸承密封及潤滑適應性改造設計過程中必須考慮的問題之一，軸承密封示意圖如圖1所示。

圖1 軸承密封示意圖

2.4 密封環改造設計

密封環的尺寸、表面粗糙度太大以及圓度超差會使得熱軋軋機輥軸承密封及潤滑適應性大打折扣，進而加劇軸承的磨損，降低軸承的使用效率。為此，對密封環改造設計顯得尤為重要。改造設計方案如下：

（1）將密封環的粗糙度由3.2mm降低至1.6mm。

（2）加大端面倒角。將倒角從原來的5mm加大至10mm，降低由于裝配對熱軋軋機輥軸造成的損壞，使其能在壓力、溫度以及滑動速度同等的工作條件下，可以保持良好的密封性，特別是熱軋軋機輥軸的密封端面必須要具備足夠的剛度和耐腐蝕的能力，密封使用的材料同樣也應當具備較高的導熱系數和較小的線膨脹系數，保證其在耐熱沖擊的情況下，不會出現開裂現象。

（3）在經過改造設計后的密封環還應當具備良好的自潤滑性和流體性的特點，在具體的工作中如果出現干摩擦現象，保證其不會損傷密封端面，從而延長熱軋軋機輥軸的使用壽命。

3 熱軋軋機輥軸承潤滑適應性改造設計

熱軋軋機輥軸承整體的工作性能是否可以得到有效地利用，在某種程度上直接取決于其自身的潤滑情況。潤滑劑又被稱之為熱軋軋機輥軸承的“第5大零部件”，而熱軋軋機輥軸承的損壞有大約40%的原因是潤滑不良而造成的，所以要想降低對熱軋軋機輥軸承的損耗，就需要對其潤滑適應性進行改造設計。目前，對熱軋軋機輥軸承潤滑適應性改造設計采用的是潤滑脂潤滑、油氣潤滑與密封裝置這三種類型[6]。

3.1 潤滑脂潤滑

潤滑脂潤滑具有簡單易行、軋輥更換方便等特點，應用十分廣泛。但是需要根據熱軋軋機輥軸承的溫度、轉速、沖擊振動大小以及密封防水性能等情況選擇合適的潤滑脂，另外還應當選擇耐高溫、抗壓強以及抗水性能高的廠家生產的潤滑脂。雖然，正規生產廠家所生產的潤滑脂采購成本較高，但可以有效延長熱軋軋機輥軸承的使用壽命，且用量較小，綜合成本也就降低了，潤滑劑的使用一定要適量，并能準確地涂抹于熱軋軋機輥軸承所需要的部位，不同品牌的潤滑脂不得混用，以保障熱軋軋機輥軸承工作表面處于正常狀態。另外，在利用潤滑脂對熱軋軋機輥軸承進行潤滑適應性改造設計之前，需要先將熱軋軋機輥軸承內部清理干凈，對立輥、斜輥以及軸承座的上下蓋要填充足夠量的潤滑脂，每次更換完軋輥之后，還應當認真檢查潤滑脂是否出現了硬化、變黑、污染、氧化以及乳化等現象，一旦出現以上情況，應當立即更換潤滑脂，并認真檢查熱軋軋機輥軸承的密封件和密封結構，如果情況良好，可補充新的潤滑脂之后方可繼續使用。

3.2 油氣潤滑

油氣潤滑是對熱軋軋機輥軸承滑適應性改造設計最理想的一種方式，熱軋軋機輥軸承在經過一段時間的運行之后，壓縮空氣就會自動帶著潤滑油進入到軸承的內部，而當潤滑油停留熱軋軋機輥軸承內部的時間過久之后，空氣會使其中的熱量揮發，并阻止外部的水、氣體以及雜質進入軸承的內部，造成熱軋軋機輥軸承運轉不良。而油氣潤滑的根本目的就是為了保證熱軋軋機輥軸承內部良好的運行狀態，進而阻止氧化鐵皮、雜質以及冷卻水進入熱軋軋機輥軸承內部，延長熱軋軋機輥軸承的使用周期。

油氣潤滑也被業內學者稱之為“氣液兩相流體冷卻潤滑技術”，是新時期下應運而生的一種新型潤滑技術，它對于熱軋軋機輥軸承滑適應性改造設計具有無可比擬的優越性，它適應了熱軋軋機輥軸承發展的基本需要，成功地解決了傳統的單相流體潤滑技術所無法攻克和解決的諸多問題，大大地延長了熱軋軋機輥軸承的使用壽命，因此在該行業領域中得到了迅速的推廣和應用。

3.3 密封裝置

密封裝置的熱軋軋機輥軸承的密封性，就是要保證軋機內部良好的潤滑狀態，防止冷卻水、雜質進入軋機內部降低軸承的使用壽命，也正是由于軋機軸承的密封性問題，軸承損壞最多的部位就是在靠近輥身側的部位。在通常情況下，軸承往往會因為潤滑脂污染，造成零件工作表面磨損、碎裂等的現象，特別是熱軋軋機輥軸承乳化液的滲入，會加速潤滑脂的失效速度。熱軋軋機輥軸承的密封性分為自帶密封性和外部密封性兩種。其中，外部密封性主要利用迷宮式和接觸式相結合的方式設計而成，迷宮的級越多、間隙越小，熱軋軋機輥軸承的密封性就越好。迷宮式的級和間隙的大小根據軸承的尺寸取徑向單側0.6mm～1.5mm，縱向取4mm～6mm；接觸式設計方式在熱軋軋機輥軸承上的應用非常廣泛，但接觸式設計具有方向性，不得裝反，熱軋軋機輥軸承中一般裝有兩個油封，兩個油封的承口都在軸承座外，其目的是防止污染物的進入。在使用油封時應當小心翼翼，避免軸承撞壞唇口，影響密封的效果。RBR型密封環是熱軋軋機輥軸承專用的一種密封環，近些年來得到了廣泛的應用和普及，RBR密封環使用軸向密封方式將唇口貼近軸承壓蓋的基面上，不會受到熱軋軋機輥軸承振動的影響，其內部的舊脂會溢出，外部的冷卻水、氧化鐵皮、雜質被唇口阻止進入，實現熱軋軋機輥軸承良好的密封效果[7-9]。

4 結語

綜上所述，隨著經濟社會的不斷發展以及科學技術的日新月異，冶金行業對熱軋軋機輥軸的密封及潤滑適應性提出了更高的要求。而在熱軋軋機輥軸經過一段時間的使用之后，其運行效率難免會隨之降低。為此，通過對其的改造設計，不僅可以延長該設備的使用壽命，降低運行成本，進而為企業創造可觀的經濟效益。