陳峰
（河鋼邯鋼線棒材廠）
摘 要：短應力線軋機是具備高強鋼性、拆卸方便且操作簡單等特點的軋機，因其投資小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊且操作靈活等特點，成為小型型材軋鋼和棒材機組生產(chǎn)線的主流機型，備受各軋鋼廠家青睞。而在短應力線軋機不斷革新的背景下，其軸承裝配質(zhì)量已成軋鋼生產(chǎn)穩(wěn)定性的主要影響因素，因此有必要高度重視軸承裝配相關(guān)事宜。文章在闡述短應力線軋機特點及軸承結(jié)構(gòu)的基礎上，介紹了短應力線軋機軸承裝配，并分析了短應力軋機軸承事故原因及處理，以供參考與借鑒。
關(guān)鍵詞：短應力線軋機；軸承；裝配；事故應對
短應力線軋機重量輕、整體剛度高、彈性變形小、成材率高、安裝調(diào)整及操作維護簡單便捷，故而備受軋鋼廠家青睞，逐步占據(jù)市場中更高的份額。高速重載惡劣工況中，軋機軸承失效事故發(fā)生率不斷上升，軋機在線運行中軸承狀態(tài)大幅降低，使用壽命也會縮短。高速線棒材組軋機軸承中，在確保裝配質(zhì)量達標的前提下，采取在線監(jiān)測及故障診斷等措施，當軸承部位有異常出現(xiàn)后，能夠第一時間發(fā)現(xiàn)并進行軸承更換，即可減少軸承事故引起的損失。文章通過研究短應力線軋機軸承裝配及事故應對，能提升短應力線軋機應用價值，助力軋鋼廠生產(chǎn)穩(wěn)定性及產(chǎn)量的提升。
1、短應力線軋機特點及軸承結(jié)構(gòu)
短應力線軋機特點包含：①軋機底座由在線固定與隨軋機吊運移動的兩部分組成，彼此間的配合建立在滑板的基礎上，液壓鎖緊與橫移換槽具備更高的準確性及效率；②液壓壓下，能夠更精確、高效地控制料型，并大幅降低勞動強度［1］；③軋機在線運行中，通過彈性組擬題平衡裝置的應用，可提供料型穩(wěn)定性方面的保障，在軋機彈跳問題方面也能產(chǎn)生良好的控制作用。
短應力線軋機軸承是以內(nèi)圈與外圈、滾動體和保持架組成的滾動軸承，其中內(nèi)外圈間有諸多滾動體的配置，在保持架的作用下使彼此間維持適宜的距離，內(nèi)圈安裝部位以軋輥輥頸為主，轉(zhuǎn)動一致于軋輥。軸承常見結(jié)構(gòu)見圖1。
軸承載荷承載體是套圈（即內(nèi)、外圈）與滾動體間的接觸面，亦有“滾道面”的別稱。從形狀方面來看，滾動體包含球與滾子兩種，其中滾子形狀諸多，如球面滾子、圓錐滾子、滾針等。保持架的應用，能保證軸承圓周 方向上精準分布滾動體，避免安裝中出現(xiàn)散落的情況。處于工作狀態(tài)的保持架，從理論層面而言不會承受載荷外力。
2、短應力線軋機軸承裝配
2.1 軋機軸承尺寸配合
表1和表2是在參考熱軋軋機工作特點的基礎上軋機軸承座腔體、軋輥輥頸與軸承的配合尺寸數(shù)據(jù)情況。
2.2 軸承游隙
軸承運行中結(jié)構(gòu)形式、潤滑方式、轉(zhuǎn)速、配合面粗糙度、承載負荷、軸承裝配過盈配合量等，主要取決于其自身徑向游隙大小。所以，需要從實際工況條件出發(fā)，綜合各類因素精準選擇，突出合理性。
2.3 軸承安裝
①安裝軸承時，提前測量包含軸承腔體尺寸精度在內(nèi)的各項關(guān)鍵尺寸，軸承座內(nèi)孔倒角毛刺需清理干凈，若有必要還需對接觸面粗糙度檢查［2］；②安裝軸承外圈時，條件允許的情況下可通過壓力機的應用緩慢 向軸承座壓入，若不具備條件可選擇銅錘輕擊圓周安裝，完成安裝后不得使用鐵錘等大力敲擊；③安裝內(nèi)圈時，通常是通過電磁感應加熱或油加熱后（加熱溫度多以90~100℃為主，最高為120℃），迅速裝至軸徑上，消除內(nèi)圈回縮不徹底情況的可能性。電磁感應加熱中，為避免雜質(zhì)被磁性吸附進入軸承，需在加熱設備上進行消磁裝置的配置；④安裝預加熱軸承內(nèi)套時，軸承的組合配裝應在溫度降為室溫時進行，以免軸承游隙偏小，軸承因強力裝配出現(xiàn)損傷。
3、短應力線軋機軸承事故及處理
3.1 四列圓柱滾子軸承
通過四列圓柱滾子軸承極限轉(zhuǎn)速、徑向承載負荷性能相當可觀，但面對軸向力卻無法承受。此類型軸承主要包含F(xiàn)C、FCD和FCDP三種型號的結(jié)構(gòu)形式。應用于生產(chǎn)實踐中時，應以軋機結(jié)構(gòu)形式為根據(jù)，在考慮軋制料型受力等多方面因素的基礎上，對軋制力分布更科學、合理的軸承結(jié)構(gòu)形式展開分析［3］。同時，應對拆卸是否方便、更換使用中檢查確認是否便利等予以關(guān)注。表3為四列圓柱滾子軸承常見結(jié)構(gòu)。
軋機操作則是承受軸向推力的雙列角接觸球軸承，能夠承受不超過一定限額的小負荷徑向力，用于軋輥軸向位移的限制，避免生產(chǎn)中有軸向竄動情況出現(xiàn)從而導致軋件異常變形。
3.2 雙列角接觸球軸承
雙列角接觸球軸承是軋機中承擔軸向推力的主體，承擔的徑向力限額一定，軋機軸向調(diào)整中通過對軋輥軸向位移進行固定，避免發(fā)生“竄動”的情況。該軸承安裝便利，無需調(diào)整軸向游隙。以現(xiàn)場安裝需要為根據(jù)，該軸承形式包含兩種，即雙半內(nèi)圈和 雙半外圈。
3.3 軋機軸承失效形式與改進
調(diào)整軋機工況條件后，軸承在運行過程中滾動體與套圈接觸面有交變載荷（不斷作用）產(chǎn)生，不同軋件 軋制時難免出現(xiàn)不一致的變形抗力，且會帶給軋機軸承不同的受力，從而頻頻引發(fā)軸承異常受力情況，軸承也因此失效。具體失效形式、原因及應對措施為：
①內(nèi)圈縱裂。可能是裝配過盈量不適宜，特別是截面厚度不超過12mm的內(nèi)圈，過大的過盈會引起內(nèi)圈軸向開裂；潤滑不佳引起缺油從而燒壞；材料有內(nèi)應力存在。處理時，通過精準控制過盈配合，確保軋輥輥頸直徑精度與粗糙度事宜；妥善處理潤滑工作，加大材料及熱處理質(zhì)量控制力度；
②外圈碎裂。可能是軸承座未能高度匹配軸承外徑；軋制力過大；軸承面臨的沖擊荷載不正常；密封受損造成潤滑去進入異物［4］。處理時，檢查軸承腔體磨損情況及尺寸，必要時更換軸承座；合理控制壓下量，降 低軋制力，提高軋制力均衡性；單道受力時，規(guī)范軋制工藝標準，降低軋輥壓力；檢查油品純潔度與密封完整性；
③滾動體碎裂。可能是表面疲勞、剝落；材料質(zhì)量不達標或熱處理不到位；超負荷軋制力存在較大沖擊。處理時，可定期檢查更換；嚴格把控材料與熱處理質(zhì)量；核定軋制負荷選擇軸承，賦予軋輥更高的剛性。
3.4 保持架斷齒原因及處理
四列圓柱滾子軸承中，保持架作用主要體現(xiàn)在等分滾動體，引導內(nèi)圈及外圈滾道上的滾動體維持正常運轉(zhuǎn)。保持架不承載軋制時引起徑向、軸向載荷，屬于被動運轉(zhuǎn)零件，憑借運轉(zhuǎn)的滾動體被動運行。但由于保持架斷裂引起現(xiàn)場軸承燒損的情況較多，其原因包含：長時間超壽命使用，進一步擴大滾動體直徑與保持架兜孔間的間隙，而擴大的間隙會使高速運轉(zhuǎn)中的軸承出現(xiàn)超范圍傾斜，運轉(zhuǎn)的滾動體在傾斜后，經(jīng)過軸承承載區(qū)時與外圈擋邊間會出現(xiàn)有害摩擦，且引起異常的力矩與震動載荷并向保持架傳遞，保持架此時會出現(xiàn)變形或斷齒等故障；外界異物侵入，特別是對應第一列滾動體的保持架（靠輥身側(cè)）外界雜質(zhì)侵入最先。如果侵入了硬質(zhì)顆粒物，滾動體與保持架間會出現(xiàn)異常磨損、受力，甚至引起滾動體旋轉(zhuǎn)受阻的情況，導致純滑動摩擦，從而造成斷齒及軸承抱死事故；保持架鉚釘脫落；滾道局部卡阻引起保持架斷裂；保持架由于滾動體破裂擠壓而卡死或斷裂；保持架變形，沖擊力大。處理時，需檢查兜孔與滾動體的間隙，軸承使用時間較長需及時更換；優(yōu)化滾動體與保持架配合，確保保持架與滾動體的強度；增加滾動體凸度值，避免滾動體與外圈承載區(qū)邊緣集中應力；檢查密封圈唇口是否出現(xiàn)硬化破損，嚴密處理軸承腔體密封，避免軸承內(nèi)部侵入外界異物雜質(zhì)；保證軸承安裝正確，重視鉚釘質(zhì)量的改進；嚴 格落實日常在線點檢作業(yè)，當有隱患出現(xiàn)時迅速停車下線處理；使軋件帶給軸承的沖擊降低，均衡軋制力。
3.5 燒軸承事故原因及處理
外螺紋套彼此間出現(xiàn)過緊的螺紋連接，或裝配中彼此間的間隙與要求的裝配尺寸不符合，調(diào)整軸向時消除該間隙后，會造成止推軸承軸向間隙消失，出現(xiàn)超出一定范圍的預緊力時，軸承外圈軸向移動引起游隙、 間隙徹底消除，滾道中的止推軸承棍子可能出現(xiàn)輕微位移。該狀態(tài)下，軸向力較大且均衡性不足，軋輥會出現(xiàn)高速運轉(zhuǎn)，快速升溫，受熱后的軸承會引起機體膨脹變形的情況，擠壓滾子，同時消除其與軸承外圈間的潤滑油，此時會有干摩擦的情況出現(xiàn)，進一步升高溫度，止推軸承也因此出現(xiàn)燒損失效的事故。同時，軸向游隙沒有異常情況出現(xiàn)時，可能是潤滑不足引起的事故，或中間管線分配器或油路故障引起，或設備本身油路不通暢引起。
在處理此類事故時，可拆除操作側(cè)相關(guān)零件并重新裝配，結(jié)合扭力矩扳手對外螺紋套彼此間連接的螺釘緊固，確保存在于止推軸承間的軸向游隙適當。控制間隙間預留適當?shù)难b配尺寸，調(diào)整上輥系軸向時可保證有尺寸余量存在于兩個方向。上述問題處理后，用潤滑脂均勻涂抹，并安裝軋機至生產(chǎn)線上，持續(xù)一段時間使用后如果依舊出現(xiàn)升溫迅速且燒損的情況，可斷開分配器至油點管路，對分配器出口供油正常與否進行檢查［5］。
設備本身油路檢查中，如果外螺紋套外側(cè)有潤滑脂，止推軸承與內(nèi)側(cè)配合面欠缺潤滑脂，此時需對各零部件仔細檢查，如果是外螺紋套潤滑油孔處于內(nèi)側(cè)引起的，因此類構(gòu)件加工難度較高，廠商通常是從外部齒面鉆通至內(nèi)部，難免會出現(xiàn)潤滑脂溢出的情況，進入止推軸承內(nèi)的油量大幅縮減，引起工作中無潤滑的情況從而導致軸承燒損。當該問題發(fā)生并發(fā)現(xiàn)后，應當立即在 鉆通孔口點攻絲，并結(jié)合緊定螺釘封堵。
3.6止推軸承失效原因及處理
①日常維護工作開展中，需要針對潤滑油（脂）定期檢查，觀察每個潤滑點是否注入潤滑油（脂）。同時，檢查潤滑油（脂）有無變質(zhì)現(xiàn)象產(chǎn)生，若有則需及時進行更換。或從更改潤滑方式入手，同樣能為軸承提供良好的使用工況條件。
②裝配軋機時，參考裝配尺寸組裝軋機部件，突出合理性、規(guī)范性，確保各軸承徑向或軸向游隙適當。
③定期拆卸軸承相關(guān)部件進行鐵屑及雜質(zhì)的清理，避 免軸承內(nèi)進入雜質(zhì)。
④定期進行密封圈的更換，避免軸承內(nèi)進入冷卻水導致潤滑脂出現(xiàn)變質(zhì)乳化的情況。
⑤立足于設計角度，對軸承受力工況展開綜合考慮，調(diào)整軸承座結(jié)構(gòu)或?qū)φ麄�裝配形式，保證軸承受力不超出限定范圍，以此促進軸承使用壽命的延長。
軸承失效形式不僅包含上述幾種，同時也涉及裝配不當引起軸承卡死、疲勞點蝕、內(nèi)圈漲破和外圈擠裂、潤滑不良等。除疲勞點蝕外，通過裝配操作中的控制能夠消除其余失效形式。軸承裝配是一項精密度極高的作業(yè)工序，在保證安裝尺寸精度的同時也要精細化裝配，使軸承能夠保持更長的使用時間，降低或規(guī)避軸承發(fā)生事故的可能性。
4、結(jié)語
綜上所述，軋鋼技術(shù)發(fā)展迅猛，國內(nèi)高速線棒材及優(yōu)棒線材機組無需過多投資，且具備見效快等諸多優(yōu)勢，呈現(xiàn)出日益增多的投產(chǎn)機組發(fā)展趨勢。短應力線軋機面臨著更強剛性、更高速度等的自動化與專業(yè)化發(fā)展趨勢要求，亟需做好短應力線軋機軸承結(jié)構(gòu)的改進。通過優(yōu)化控制短應力線軋機軸承，提高軸承質(zhì)量，減少軸承事故發(fā)生概率，能確保短應力線軋機運行穩(wěn)定性，進一步提高其應用價值。
參考文獻：
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［2］王紅軍，侯強，郗雄濤.線棒短應力線軋機軸承油氣潤滑探討［J］.現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2020，（4）
［3］徐增慶，韓海生.型鋼短應力軋機性能提升優(yōu)化分析［J］.機電信息，2022，（16）
［4］盧永清，陳文勇，范海彬.短應力軋機故障原因分析及再制造技術(shù)的應用［J］.北方釩鈦，2018，（4）
［5］王銀兵.短應力軋機裝配精度及維修探析［J］.中國機械， 2021，（13）
來源：《冶金與材料》
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