大型矯直機支承輥軸承座及潤滑使用故障研究

聶海雄，楊支超，韓寶亮

（太原重型機械集團有限公司，山西 太原 030032）

1 前言

輥系裝置是中厚板矯直機中最重要的部件之一，其設計的合理性、科學性對整機的可靠性、穩定性及對生產質量均有較大影響。因此，輥系裝置設計既要滿足矯直輥、支承輥接觸應力的條件，又要滿足支承輥軸承最大負荷的條件。為減小支承輥與矯直輥間的接觸應力，支承輥采用了緊湊式密布結構，使支承輥輥身長度在結構允許的范圍達到最大值，從而使支承輥與矯直輥的接觸長度最大，減小其接觸應力。輥系由上下輥盒、上下矯直輥、上下支承輥等組成，其中上下矯直輥使用X40Cr-MoV5-1 的材料進行制作，表面硬度應達到HRC54～56，有些廠家的輥系也會采用硬度更高，耐磨性更強的堆焊輥。另外每根矯直輥下面（上面）均分布有支承輥，矯直輥軸線與支撐輥軸線采用步齊形式。支承輥材質為56CrNiMo，輥身表面硬度HRC48～52。支承輥和軸承座的裝配精度尤為重要，裝配后支承輥應轉動靈活無卡滯現象，對所有的支承輥裝配進行保壓實驗，防止油氣泄漏或在裝配過程中人為因素導致的密封損壞等，總裝后各支承輥輥面應在同一平面內，其誤差不得大于0.05mm，任意兩個支承輥中心線的平行度不得大于0.05mm。

2 支承輥軸承座制造及油氣潤滑原理分析

2.1 支承輥軸承座制造流程

支承輥軸承座是輥系里的重要零部件，其材料一般為鍛件45 鋼或42CrMo，其制造流程如圖1 所示。

圖1 支承輥軸承座制造工藝流程圖

2.2 內置式油氣潤滑原理

油氣潤滑，又叫“氣液兩相流體冷卻潤滑技術”。油氣潤滑工作原理如圖2 所示。

圖2 油氣潤滑的工作原理圖

如圖2 所示，先在油氣站界面5 中設定好設備的所需油量并接通油泵1，該油泵可以是齒輪泵，也可以是氣動泵。潤滑油經過遞進式分配器2 準確計量和分配后被輸送到油氣混合模塊3中，作為潤滑油的輸送動力源，壓縮空氣經過壓縮空氣處理裝置4 也進入油氣混合模塊3，這樣在油氣混合模塊3 中形成油氣混合氣流進入設備管路，在油氣管路中，在壓縮空氣的作用下，使潤滑油沿著管路內壁形成螺旋狀流動油膜，再通過各級油氣分配器的分配，油膜變得越來越薄，越來越連續，精準連續的噴到每個潤滑點。潤滑油在油氣管道中推進的速度非常緩慢。由于油和氣的速度大致相同，所以油和氣不會混合在一起，從油氣管路中出來的油氣是分離的，這也能達到油氣潤滑系統不會污染環境的效果。另外壓縮空氣還會使各個潤滑部位得到冷卻，同時也讓每個潤滑部位保持著一定的壓力，起到了良好的密封作用，使外界的水和雜物不能侵入。

如圖3 所示，當潤滑油進入油氣管路時，在壓縮空氣的作用下，潤滑油先是以較大的顆粒粘附在管路內壁（圖3a）,由于連續油膜的形成需要一個過程，因此油氣管路的長度不能小于0.5m，當壓縮空氣快速向前推進時，油滴也隨之向前移動，并逐漸被壓縮空氣吹散的越來越小，在即將達到管路末端時，原先是間斷地粘附在管路內壁的油滴已連成一片，形成了連續油膜（圖3b）,被壓縮空氣以更加均勻的油滴噴入各個潤滑點。

圖3 油氣管路內油膜的始末狀態

如圖4 所示為圓柱模塊內嵌式油氣分配器，這種分配器可以通過專用工具安裝在軸承座內部，是針對采用串列布置軸承的軸承座專門開發設計的。每個軸承座中只需裝入一組圓柱內嵌式油氣分配器，就可以實現軸承座內部油氣流量的特定配比，對支承輥軸承進行潤滑。這種分配方式體現了油氣精細潤滑的理念——潤滑劑利用率達到100%。正是這種油氣分配器在串列軸承座中的裝配，將油氣按比例分配給多個摩擦副，這種方式的使用帶來了極佳的潤滑效果，支承輥軸承比以往提高了3～6 倍的壽命。

圖4 圓柱模塊內嵌式分配器

2.3 故障分析

熱矯正機中輥系的正常運行離不開潤滑及冷卻系統，其中支承輥及相關軸承的使用離不開油氣潤滑系統的強大支撐。在近幾年現場發生的質量故障中，很大一部分是因為油氣泄漏或者供油不足，造成支承輥軸承的運轉不暢，甚至出現抱死現象，如圖5所示，是某鋼廠下輥系在使用1 年后支承輥抱死、軸承損壞、軸承座油腔出現油氣供給不足和不均衡的現象，如果發現不及時會發生啃傷支承輥面和矯直輥面的現象，輕者影響板材質量，重者會發生輥子斷裂等造成較大的設備事故。油氣泄漏還會造成整個系統的供油量不足，滴落到板材起著火，從而影響到板材的質量。

圖5 事故現場部分軸承及軸承座照片

3 試驗分析故障原因

為了找出事故的真正原因，將整個下輥系進行拆車解體，將所有的支承輥和軸承座進行分離，并將油氣潤滑管路連接一級分配器后接至3 孔軸承座進油孔，選取三個軸承座并分別安裝下列3 根型號不同的內置分配器后進行油氣測試。測試步驟如下：

（1）提前清理3 個軸承座的深孔、軸承孔及其他油孔；

（2）軸承座內部保持空腔狀態，軸承孔端面用有機玻璃封住，用多個C 型卡蘭密封時注意在有機玻璃一側墊上膠皮以防止壓裂，如圖6 所示；

圖6 三孔軸承座密封試驗

（3）測試時，需要將軸承座與輥盒上一級分配器出油口連接，且保持軸承座處在工作時的直立狀態，由于使用C 型卡蘭密封對有機玻璃進行壓緊，則必須將軸承座底面墊高，空出C 型卡蘭的使用空間，在裝配過程中，需要提前設置墊塊并檢查進油管長度是否滿足使用條件；

（4）測試前，需要保證一級分配器的其他7 個出油口通暢，并在管口綁塑料袋進行接油；

（5）測試時，如圖7 所示，油氣泵站供油量調至90s 供油4次，測試結果填入表格中。

圖7 油氣潤滑泵及參數設定

（6）記錄結果并填表，如表1 所示，注意10min、20min、30min 記錄點只采用目測觀察油量相對的“多”、“較多”、“較少”、“很少”，在50min 記錄點則需要打開有機玻璃，測量內部油量，單位為g。

表1 實驗結果記錄表

4 結論

通過以上的現場拆裝分解與實驗，為保證支承輥軸承座和油氣潤滑裝配通暢，得出以下結論：

（1）矯直機下輥系發生故障，下輥系第三組支承輥出板側軸承損壞，支承輥軸承座供油和回油均不暢，16 件下支承輥軸承座的三個供油孔油量異常，進一步檢查發現，支承輥軸承座裝內置分配器的深孔進油端螺紋孔長度超差，圖紙要求是41.5mm，實際螺紋長度是60mm，導致內置分配器安裝后因為螺紋太長而封不住油，反復出現故障就是因為油量分配不均，軸承缺油引起的，如圖8 所示，經過修改后，供油情況有所改善。

圖8 軸承座內置油孔修改圖

（2）通過3 種油氣分配器的選用和調換，發現油氣分配器進油孔的直徑基本相同，油氣流按特定的比例分配不均勻，這是導致軸承座空腔內供油不均的主要原因，發現后，馬上置換油氣分配器，并進行安裝調試。

（3）實驗使用時油氣泵站供油量調至90s 供油4次，現場使用應該加注油的總量和次數，使供油情況得到滿足。

（4）針對幾次故障基本發生在同一個位置，通過此次下輥系的整體分解，發現油氣潤滑的管路直徑較小也是導致供油不暢的原因之一，重新選擇管路并且配置，改變管路的供油和出油方向，把油氣的入口側放到與現場板坯輥道的入口側一致的位置，這樣能夠保證在板坯咬人矯直力和溫度瞬間增大時供油的順暢。