四辊板带轧机工作辊辊颈轴承组配分析

璺　！　＝　２　轴承２０１３年７期　ＣＮ４１—１１４８／ＴＨ　Ｂｅａｔｉｎｇ　２０１３，Ｎｏ．７　四辊板带轧机工作辊辊颈轴承组配分析　吴杰，袁星辉，何召集　（洛阳汇工大型轴承制造有限公司，河南　洛阳４７１０２３）　摘要：四辊板带轧机工作辊辊颈轴承主要承受轧辊凸度调整时所施加的弯辊力以及轧机在运行过程中由于机　架衬板磨损、轧辊弯曲、轴承箱变形等原因所产生的轴向力，在实际应用中经常出现辊颈磨损、辊颈轴承损坏甚　至辊颈抱死烧损的现象，根据轧机运行工况特点，对比分析了不同辊颈轴承组配方案，最后针对不同的工况，给　出了轴承组配的合理化建议。　关键词：轧辊轴承；轴承组配；四辊板带轧机；工作辊　中图分类号：ＴＨ１３３．３３；ＴＧ３３３．１７　文献标志码：Ｂ　文章编号：１０００—３７６２（２０１３）０７—００１５一Ｏ３　四辊板带轧机主要用于金属的压延加工，要　液压腔，通过调整液压腔内的油压改变支承辊辊　身凸度，结合工作辊弯辊力的作用，从而达到有效　控制板形的目的。由于油压调整较准确、直观，该　类型轧机辊身凸度控制能力较好，但由于需要配置　专门的压力供油系统而限制了该类型轧机的推广。　ＨＣ轧机又称为高性能辊型凸度控制轧机。　其工作辊及支承辊辊身可采用圆柱形滚子，主要　通过弯辊力的施加以及工作辊或支承辊的轴向抽　动来调整辊缝形状。由于该结构改善了工作辊与　求轧制后的产品具备尺寸精确、板形好、表面粗糙　度好、力学性能好等特点。随着轧制行业向着提　高产量、扩大品种、提高精度和自动化程度的方向　发展，板带轧机轧制速度不断提高，轧辊轴承的工　作环境越来越恶劣，尤其是工作辊辊颈轴承频繁　的发热及烧损问题始终困扰着金属板带生产企　业。因此根据不同板带轧机工作特点，分析和研　究工作辊辊颈轴承对提高轧机运行可靠性，节约　成本等方面有重要意义。下文针对现有四辊板带　支承辊间的有害接触部分，充分发挥了弯辊力的　作用，大大提高了辊缝的刚度，从而有效控制了板　形；而且由于辊身不带凸度，辊形修磨较为方便，　因此国内一般规模厂家都采用该类型轧机。　轧机工作辊辊颈轴承的组配情况进行分析。　１　四辊板带轧机工作辊运行特点　１．１　四辊板带轧机类型　ＣＶＣ轧机又称为轧辊凸度连续可变轧机。其　中工作辊辊身的原始辊型为ｓ形曲线，上下轧辊　互相错位１８０。布置，通过ｓ形轧辊的轴向抽动来　改变原始辊缝形状从而控制板形，结合弯辊装置　作用，辊缝调节范围更宽，对板形控制能力更强。　国内实力比较雄厚的厂家一般采用该类型轧机，　例如宝山钢铁公司热轧厂的２　０５０　ｍｍ热连轧机　组就是该类型。　１．２工作辊轴承受力特点　根据板形控制手段的不同，目前国内具有代　表性的四辊板带轧机主要有ＰＣ（Ｐａｉｒｅｄ　Ｃｒｏｓｓｅｄ　Ｒｏｌ１）轧机、ＶＣ（Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｃｒｏｗｎ）轧机、ＨＣ（Ｈｉｇｈ　Ｃｒｏｗｎ）轧机和ＣＶＣ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｃｒｏｗｎ）　轧机。　ＰＣ轧机又称为轧辊成对交叉轧机。其主要　特点为轧辊空间成对交叉，通过调整轧辊轴线交　叉角大小，可调节辊缝，实现板形控制。该类型轧　机辊缝调节范围最宽，结合强力弯辊力作用，可获　得良好的板形，但由于轧辊交叉将产生过大的轴　向力，易使轧辊两端推力轴承过早失效，因此应用　受到了限制。　ＶＣ轧机又称为轧辊凸度可变轧机。其中支　板带生产过程中对板形要求极为严格，尤其　在铝箔行业，在轧制单零箔和双零箔过程中，辊缝　微小的变化将对产品精度产生重大影响，由于施　加液压弯辊力的方法简单易行，并且效果明显，因　此现有的四辊板带轧机工作辊均采用施加弯辊力　的方法来控制板形。根据板带轧机实际调整数　据，一般实际生产过程中所施加的最大弯辊力不　超过轧制力的５％。　承辊由芯轴和外套筒组成，芯轴和外套筒之间有　收稿日期：２０１２—１２—１９；修回日期：２０１３—０３—２８　·ｌ６·　《轴承））ｚｏ１３．Ｎｏ．７　表１　１４５０铝冷轧机设计工况参数　参数　工作辊辊身直径／ｍｍ　支承辊辊身直径／ｍｍ　辊身长度／ｒａｍ　最大轧制力／ｋＮ　由于不可避免的轧辊交叉、机架衬板磨损及　板带前后张力差，轧制过程中轧辊之间和轧辊与　数值　轧件之间将产生一定的轴向力使轧辊向机架一侧　窜动，从而对辊颈轴承产生冲击，除ＰＣ轧机外，一　般的板带轧机，其正常工作时轴向载荷的大小约　为轧制力的１％～３％，最高可达１０％Ｌ１］。　１．３　工作辊及辊颈轴承损坏形式　由于工作辊辊颈轴承空间位置有限，在轴　承选型时往往优先考虑采用四列圆锥滚子轴　承，该类型轴承空间位置紧凑，且承载能力一般　都能够满足轧机正常工作时的设计载荷要求，　但是由于对板带表面粗糙度的要求较高，往往　需要对辊面进行修磨，而辊颈部分一般不淬火，　表面硬度较低，在支承辊颈对辊面进行修磨时，　硬质合金支承易划伤辊颈，造成辊颈的损伤甚　至报废。同时为了方便换辊，四列圆锥滚子轴　承内径与辊颈往往采用间隙配合，轧制过程中　的突然加速和减速容易造成内圈与辊颈之间的　相对滑动，从而因辊颈的磨损造成轧辊过早失　效甚至报废。　为了消除轧辊修磨时对辊颈的损伤，现有的　工作辊辊颈轴承一般采用内圈无挡边的四列圆柱　滚子轴承和轴向推力轴承组合的配置，而内圈与　辊颈一般采用过盈配合，换辊时可以将轧辊与轴　承内圈一起拉出，修磨辊面时还可以支承轴承内　１　８　）１　圈外径，内圈硬度达５８—６２　ＨＲＣ，从而消除了对　姗卿伽啪　瑚　辊颈造成的损伤；同时也杜绝了内圈与辊颈之间　的相对滑动，大大提高了轧辊的使用寿命。但是　采用四列圆柱滚子轴承，由于对轧辊运行过程中　所产生的轴向力缺乏足够的重视，因轴向推力轴　承损坏造成四列圆柱滚子轴承及工作辊损伤甚至　报废的现象屡见不鲜，故需从轴承选型、组配方面　对工作辊辊颈轴承进行深入研究。为了使不同轴　承组配对比效果明显，将在相同的轴承空间尺寸　下对比不同的轴承组配方案。　２辊颈轴承组配方案对比　以某１４５０铝冷轧机为例，分析其辊颈轴承的　组配方案。该轧机的工况参数见表１，润滑方式为　油雾润滑。常见轧制过程中调整参数见表２。　工作辊轴承在使用过程中主要承受弯辊力及　由于轧辊弯曲、交叉及摩擦磨损等因素所产生的　轴向力，四辊轧机工作辊轴向力为　［　＋　＋　最大弯辊力／ｋＮ　带材厚度／ｒａｍ　最大产品宽度／ｍｍ　最高速度／（ｍ·ｍｉｎ　）　１　０００　ａｒｃｃｏｓ　—　１］＋０．５（Ｐ一２Ｆ　）·　＋　［１一ｅｘｐ（６｝ｏ　／ｒ　）］，　式中：ｆ为辊问摩擦因数；Ｐ为轧制力，ｔ；Ｋ为系　数，　＝ｌ一（１一　）（２ｖ＋１）／２；Ｌ为工作辊与支承辊　接触区长度，ｍｍ；Ｍ为工作辊与支承辊接触区半　宽处的极限预位移，ｍｍ；　为轧辊形貌系数；０为　工作辊与支承辊问的交叉角，ｔａｄ；Ｆ　为弯辊力，ｔ；ｒ　为压下率。　分别按照常见的轧辊交叉角度（０．１７。）及最　大交叉角度（０．３。）计算工作辊轴向力，可得该轧　机工作辊辊颈轴承设计输入参数，见表３。表３中　轴承转速单位与轧件的出口速度单位不同，可根　据实际的工作辊辊身直径和轧件出口速度进行换　算。由表３可知，常见轴向力和最大轴向力分别　为６５．６　ｋＮ和１５９．７　ｋＮ。　表３　１４５０铝冷轧机工作辊辊颈轴承设计输入参数　常见工作辊操作侧辊颈轴承组配方案如图　１～图４所示。图１～图４的组配方案分别简称方　案１，２，３，４。各组配轴承在常用载荷条件下的寿　命及极限载荷条件下当量载荷与额定载荷的比值　见表４。注意，表４中常用当量载荷及极限当量　载荷分别指轴承在常用载荷条件和极限载荷条　件下的当量载荷，仅２９２４４ＤＦ轴承指的是当量轴　向载荷，其余轴承指的是当量径向载荷；对于　２９２４４ＤＦ轴承，Ｐ　／Ｃ中的Ｃ指Ｃ　，对于其他　轴承指Ｃ　。　吴杰，等：四辊板带轧机工作辊辊颈轴承组配分析　操作侧　；—　、　—１　习　＋　＋　雪　鬯　图１　四列圆锥滚子轴承　图３双列圆锥滚子轴承＋四列圆柱滚子轴承　操作侧　操作侧　恩　一　一　＋　匿　图２双列角接触球轴承＋四列圆柱滚子轴承　图４双向推力调心滚子轴承＋四列圆柱滚子轴承　表４常用载荷条件下轴承寿命及极限载荷条件下当量载荷与额定载荷的比值　以上计算结果表明：　向推力调心滚子轴承或四列圆柱滚子轴承＋双列　（１）四列圆柱滚子轴承理论计算寿命较高，　圆锥滚子轴承（大锥角）；轴向力特别大的工况条　说明径向轴承安全裕量较大，而轴向推力轴承理　件下必须采用四列圆锥滚子轴承＋轴向推力轴　论计算寿命较短，与实际应用过程中轴向推力轴　承，以免造成辊颈轴承早期失效或烧损。　承易损坏的现象是一致的，因此在工作辊轴承的　选型中应对轴向推力轴承重点关注，适当增加其　３　结束语　空间尺寸，以达到径向轴承和轴向轴承寿命接近　分析研究的四辊板带轧机工作辊辊颈轴承的　的设计目标。　组配，对实际应用具有一定的指导意义。同时，工　（２）有色金属材料在轧制过程中弯辊力较　作辊径向轴承和轴向推力轴承应采用等寿命设　小，极限载荷条件下采用不同类型轴向推力轴承，　计，以降低轧机运行故障及成本。　极限当量载荷与额定载荷比值不大于０．５７，因此，　参考文献：　实际应用中根据轧件类型及轧制速度等因素，冷　［１］邹家祥，施东成．轧钢机械理论与结构设计［Ｍ］．北　轧机可优先考虑四列圆柱滚子轴承＋双列圆锥滚　京：冶金工业出版社，１９９３．　子轴承、四列圆柱滚子轴承＋双向推力调心滚子　［２］　王金元，邓效忠，舒寅清．四辊轧钢机工作辊轴向力　轴承或四列圆锥滚子轴承；对于箔轧机轧制力及　的确定［Ｊ］．轴承，２００６（１０）：１—３．　弯辊力均较小，但轧制速度较高，可优先考虑四列　［３］　高永生，邹家祥．四辊轧机轴向力理论计算模型［Ｊ］．　圆柱滚子轴承＋双列角接触球轴承。　北京科技大学学报，１９９３（２）：１７６—１８２．　（３）黑色金属材料在轧制过程中一般轧制力　［４］　王金元，施邵宁．四辊轧钢机工作辊轴承轴向受力的　精确计算［Ｊ］．科技信息，２００６（１１Ｓ），４１—４１，３４．　及弯辊力均较大，但轧机工作原理基本相同，实际　［５］　罗小吟．四辊轧钢机工作轴承受力分析及其精确计　应用中根据轧件类型、轧制速度及轴承润滑条件　算［Ｊ］．科技信息，２００９（８）：６０８—６０９．　等因素，一般应优先考虑四列圆柱滚子轴承＋双　（编辑：温朝杰）