邱東

（二重集團(tuán)公司重型機(jī)械設(shè)計(jì)研究院，四川　618000）

摘　要: 通過(guò)介紹應(yīng)用在中厚板熱矯直機(jī)輥系中的背襯軸承的結(jié)構(gòu)特征和安裝要求，論述了使用背襯軸承作支承輥的矯直機(jī)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，著重闡明了選用背襯軸承做熱矯直機(jī)支承輥的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：中厚板；熱矯直機(jī)；背襯軸承；安裝

矯直機(jī)是中厚板熱軋生產(chǎn)線(xiàn)上的重要設(shè)備。在現(xiàn)代中厚板熱軋生產(chǎn)線(xiàn)上，通常布置 2 臺(tái) ～ 3臺(tái)矯直機(jī)。而Z主要的一臺(tái)是布置在軋機(jī)的延伸輥道之后、冷床之前，用于對(duì)軋制(或快冷) 后鋼板所產(chǎn)生的不同程度的橈曲、瓢曲、波浪、鐮刀彎和歪扭等缺陷進(jìn)行矯正的熱矯直機(jī)。另外，在軋線(xiàn)熱處理區(qū)和精整區(qū)末端，還布置有溫矯直機(jī)和冷矯直機(jī)，進(jìn)一步對(duì)成品鋼板的平直性進(jìn)行矯正。

中厚板矯直機(jī)通常使用上下工作輥交錯(cuò)布置的平行輥矯直機(jī)，工作輥數(shù)量在 5 根 ～ 11 根之間。隨著軋鋼技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是現(xiàn)代高強(qiáng)度材料迅速增多，鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)對(duì)矯直機(jī)的性能要求也越來(lái)越高。為了滿(mǎn)足這些要求，在矯直機(jī)工作輥的數(shù)量沒(méi)有發(fā)生變化的情況下，通過(guò)增大矯直機(jī)的矯直力來(lái)達(dá)到生產(chǎn)要求是常用的方法。由于矯直機(jī)的矯直力主要由支承輥來(lái)承受，如何讓矯直機(jī)的支承輥能承受更大的載荷是我們研究的目標(biāo)。近年來(lái)，在設(shè)計(jì)矯直機(jī)輥系時(shí)，逐漸出現(xiàn)了采用背襯軸承來(lái)直接當(dāng)支承輥用的趨勢(shì)。通過(guò)在單位長(zhǎng)度范圍內(nèi)增加支承軸承的數(shù)量或接觸寬度，從而實(shí)現(xiàn)增大矯直力的目的。

在中厚板熱軋生產(chǎn)線(xiàn)上分布的幾臺(tái)矯直機(jī)中，熱矯直機(jī)是工作頻率Z高、負(fù)荷Z重、工作環(huán)境Z差的一臺(tái)，所以本文將以背襯軸承作為熱矯直機(jī)支承輥為例進(jìn)行分析說(shuō)明，而背襯軸承在溫矯直機(jī)和冷矯直機(jī)中的應(yīng)用會(huì)相對(duì)容易一些。由于該結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)外使用還不廣泛，我公司結(jié)合國(guó)內(nèi)外制造與使用的實(shí)際情況，也僅在個(gè)別鋼廠(chǎng)的熱矯直機(jī)輥系改造時(shí)進(jìn)行了嘗試。

1　背襯軸承的結(jié)構(gòu)形式

1.1 常規(guī)背襯軸承的結(jié)構(gòu)形式

背襯軸承是一種外圈特別厚的滾動(dòng)軸承，Z早在多輥的森吉米爾冷軋機(jī)上作為Z外端的支承輥用。通常，背襯軸承為圓柱滾子軸承或圓錐滾子軸承，可采用帶或不帶整體式擋邊的雙列或三列圓柱滾子軸承。無(wú)擋邊軸承的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、徑向承載能力高，但缺點(diǎn)是不能承受軸向負(fù)荷，需要在外圈和支承鞍座側(cè)面之間設(shè)置青銅或塑料止推墊圈。帶有擋邊的軸承不需要止推墊圈，軸承本身能夠同時(shí)承受徑向力和一定的軸向力，軸承兩側(cè)可以加密封，內(nèi)圈上可以設(shè)置潤(rùn)滑槽來(lái)向軸承供應(yīng)潤(rùn)滑劑。

1.2 熱矯直機(jī)支承輥用背襯軸承的結(jié)構(gòu)形式

某鋼廠(chǎng) 3800 mm 熱矯直機(jī)輥系中使用的背襯軸承的結(jié)構(gòu)輪廓圖，見(jiàn)圖 1。

該背襯軸承具有如下結(jié)構(gòu)特征: 

(1) 軸承為雙列圓柱滿(mǎn)滾子軸承，內(nèi)圈帶潤(rùn)滑油溝。

(2) 軸承內(nèi)外圈均帶有擋邊。外圈帶有固定擋邊，內(nèi)圈帶有活動(dòng)擋邊?；顒?dòng)擋邊在安裝時(shí)進(jìn)行軸向定位。

(3) 軸承采用雙層密封。內(nèi)層為耐高溫氟橡膠 J 型油封，外層為金屬保護(hù)裝置，主要防止細(xì)小氧化鐵皮進(jìn)入。

(4) 外圈兩端帶有大圓弧過(guò)渡面，防止出現(xiàn)邊部應(yīng)力集中現(xiàn)象。

2　背襯軸承的安裝形式和安裝要求

在中厚板熱矯直機(jī)中，由于工作輥的輥身較長(zhǎng)，輥間距又要求較小，致使矯直輥的輥徑較小，剛度很差，需要在其下部安裝強(qiáng)力的支承輥來(lái)提高剛度。為了保證強(qiáng)度與剛度，支承輥通常都會(huì)做成多段，本文所述案例就直接用背襯軸承來(lái)做支撐。

工作時(shí)，矯直機(jī)的矯直力由工作輥傳遞至支承輥( 即背襯軸承) 上，背襯軸承再將所承受的載荷通過(guò)心軸均勻地傳遞給支座以及輥?zhàn)?、機(jī)架底座等。矯直力在支承輥各背襯軸承處的分布是否均勻主要取決于背襯軸承的尺寸精度、設(shè)備的制造精度以及安裝精度等。

2.1 安裝形式

某鋼廠(chǎng) 3800 mm 熱矯直機(jī)直接采用背襯軸承作支承輥的輥系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，見(jiàn)圖 2。

從圖中可知，每根工作輥下布置有 6 組支承輥部件，即 6 套單組背襯軸承。

單組背襯軸承直接作支承輥的結(jié)構(gòu)形式如圖3 所示。

該種結(jié)構(gòu)中間為背襯軸承，兩端支座直接固定支撐心軸，每?jī)蓚€(gè)軸承和三個(gè)支座為一組，兩個(gè)軸承相對(duì)矯直輥中心交錯(cuò)布置，?個(gè)軸承軸線(xiàn)相對(duì)于矯直輥軸線(xiàn)的偏移量為 70 mm。軸承選用SKF 的背襯滿(mǎn)滾子軸承，基本額定動(dòng)負(fù)荷 1060kN。由于每根工作輥下面布置有 6 組這樣的支承輥部件，則單根工作輥下面支承輥累計(jì)能承受總的基本動(dòng)負(fù)荷為: 12 × 1060 = 12720 kN。背襯軸承與工作輥共有 12 處接觸部位，累計(jì)接觸長(zhǎng)度為: 12 × 158 = 1896 mm。

2.2 安裝要求

由于背襯軸承內(nèi)圈兩端的活動(dòng)擋邊與軸承不是一個(gè)整體，需要依靠安裝時(shí)采用定距套或支座進(jìn)行軸向定位，同時(shí)在背襯軸承受到一定的軸向力時(shí)，也需要依靠活動(dòng)擋邊、支座將軸向力傳遞給輥?zhàn)?。因此，安裝時(shí)應(yīng)注意支座固定方式以及支座同軸承端面之間的間隙取值。

背襯軸承的原始尺寸精度非常高，安裝背襯軸承時(shí)必須做到將尺寸、斷面高度完全相同或Z相近的兩個(gè)背襯軸承安裝到一個(gè)部件上。沿矯直輥軸線(xiàn)方向上依次布置的 6 套部件也要求按上述原則進(jìn)行選配。如果同側(cè)的背襯軸承未能安裝成一條直線(xiàn)( 含水平和高度方向) ，則矯直過(guò)程中軸承受力就不均勻，會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)、偏載，導(dǎo)致滾柱疲勞損傷，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量，降低軸承工作壽命。

在矯直過(guò)程中，每個(gè)背襯軸承的磨損程度是不同的，常態(tài)生產(chǎn)中，矯直鋼板的寬度普遍比矯直機(jī)的Z大矯直寬度窄，矯直輥中部背襯軸承所承受的載荷要大于矯直輥兩端背襯軸承所承受的載荷，所以中部背襯軸承磨損程度相對(duì)嚴(yán)重些。因此，為提高背襯軸承的精度并延長(zhǎng)其使用壽命，應(yīng)定期更換背襯軸承的位置，即將矯直輥中部的背襯軸承與兩端的背襯軸承互換，將承受較高載荷的背襯軸承與承受較低載荷的背襯軸承互換。另外，因?yàn)楸骋r軸承的內(nèi)環(huán)在心軸上是不動(dòng)的，只有部分環(huán)面是負(fù)載區(qū)( 約為圓周的四分之一) ，定期轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)環(huán)至另一個(gè)載荷區(qū)會(huì)明顯增加背襯軸承的使用壽命，所以應(yīng)考慮定期轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)環(huán)。

3　矯直機(jī)使用背襯軸承作支承輥的優(yōu)勢(shì)

在闡述矯直機(jī)使用背襯軸承作支承輥有何技術(shù)特點(diǎn)之前，我們先看看目前普遍采用的矯直機(jī)支承輥的結(jié)構(gòu)形式，以此做參照，進(jìn)行兩種結(jié)構(gòu)的對(duì)比區(qū)別。 

圖4 為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的 3800 mm 矯直機(jī)支承輥結(jié)構(gòu)形式。

該種結(jié)構(gòu)兩端為軸承支撐中間一段輥?zhàn)?，軸承選用 SKF 的球面滾子軸承，型號(hào)為 23224CC /W33，基本額定動(dòng)負(fù)荷為 695 kN。每根工作輥下面同樣布置 6 組這樣的支承輥部件，每組之間呈交錯(cuò)分布狀態(tài)。則單根工作輥下面支承輥累計(jì)能承受總的基本動(dòng)負(fù)荷為: 12 × 695 = 8340 kN。支承輥分為 6 處與工作輥接觸，累計(jì)接觸長(zhǎng)度為: 6× 320 = 1920 mm。

通過(guò)前后兩種結(jié)構(gòu)形式的對(duì)比，可知在熱矯直機(jī)中采用背襯軸承直接作支承輥具有以下優(yōu)點(diǎn):

(1) 在相同規(guī)格的矯直機(jī)上，輥系中支承輥的承載能力可以提高 30% ～ 50% 。因?yàn)橹С休伩偟某休d能力主要取決于所安裝軸承的承載能力。在軸承的內(nèi)徑尺寸基本一致的情況下，軸承的數(shù)量越多或雖然數(shù)量變化不大，但單個(gè)軸承的寬度越寬，其承載能力也就越強(qiáng)。采用背襯軸承的結(jié)構(gòu)，由于其軸向再無(wú)輥?zhàn)?，軸向空間變大，可以較容易的做到這點(diǎn)。

(2) 有利于彎輥后支承輥與工作輥的接觸。采用該結(jié)構(gòu)后，支承輥與工作輥的接觸部位增多、并且更加分散。在工作輥進(jìn)行彎輥工作時(shí)，支承輥比較容易適應(yīng)，不容易在矯直輥表面產(chǎn)生壓痕。

(3) 采用背襯軸承直接作支承輥的結(jié)構(gòu)形式更為簡(jiǎn)單，內(nèi)部空間更大，便于空氣流通和散熱，也便于氧化鐵皮的疏導(dǎo)和排出，各軸承潤(rùn)滑點(diǎn)的配管更容易實(shí)現(xiàn)。

4　熱矯直機(jī)支承輥選用背襯軸承的注意事項(xiàng)

由于背襯軸承Z初都是使用在冷軋上，其工作溫度不是很高、工作環(huán)境較好，還可以使用乳化液進(jìn)行冷卻。而熱矯直機(jī)的工況與冷軋存在較大的區(qū)別，熱矯直機(jī)通常是對(duì) 500 ～ 800℃ 的鋼板進(jìn)行矯直，環(huán)境溫度較高，且矯直中鋼板自身還要脫落一些細(xì)小氧化鐵皮，因此不能直接套用冷軋上使用的背襯軸承。通過(guò)對(duì)背襯軸承在矯直機(jī)中直接作支承輥的使用狀況分析，認(rèn)為選用背襯軸承時(shí)需要注意如下事項(xiàng): 

(1) 因?yàn)樵撎庉S承是當(dāng)支承輥用，外圈將直接與矯直機(jī)工作輥接觸。因此，外圈的表面熱處理硬度與矯直輥表面要有一定的差值，它不能比矯直輥表面硬度高。通常矯直輥的表面硬度值在58 ～ 62HＲC 之間，則軸承外圈的表面硬度值應(yīng)在52 ～ 56HＲC 之間。鑒于該硬度區(qū)間并不是Z能發(fā)揮軸承鋼材料力學(xué)性能與熱處理匹配的Z佳區(qū)間，因此在選取外圈材質(zhì)與熱處理時(shí)應(yīng)特別注意。

(2) 軸承工作環(huán)境屬于較惡劣的開(kāi)式使用場(chǎng)合，并且是外圈轉(zhuǎn)動(dòng)、內(nèi)圈固定，校核計(jì)算軸承壽命時(shí)要特別注意工況。

(3) 鋼板熱矯直溫度通常在 500 ～ 800℃，對(duì)應(yīng)環(huán)境溫度較高。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，軸承外圈的表面溫度Z高可達(dá) 170℃，因此，軸承需考慮采用耐高溫潤(rùn)滑脂進(jìn)行潤(rùn)滑，軸承密封也要求選用耐高溫的材料制作。

(4) 在矯直過(guò)程中，背襯軸承需要承受一定的軸向力。因此，要求軸承承受軸向力的能力應(yīng)不小于額定載荷的 10% 。

(5) 在矯直過(guò)程中，鋼板還會(huì)脫落一些細(xì)小氧化鐵皮。氧化鐵皮( 溫度可能超過(guò) 300℃ ) 會(huì)直接掉在軸承上，所以軸承需要很好的密封( 包括結(jié)構(gòu)形式和材料) ，以防止氧化鐵皮以及水、粉塵等雜物進(jìn)入。

(6) 在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，鋼板可能會(huì)通過(guò)矯直輥間接沖擊背襯軸承，因此，選用的背襯軸承需要具備較大的抗沖擊能力。

(7) 由于中厚板矯直機(jī)的輥距較小( 通常≤300 mm) ，而承載能力較大，且每根矯直輥下都有背襯軸承。因此背襯軸承的直徑很難大于矯直輥輥距，軸承外圈的壁厚將受到限制。為滿(mǎn)足承載能力，通常選取滿(mǎn)裝滾子軸承。

(8) 為了適應(yīng)矯直機(jī)工作輥的彎輥操作，選用的背襯軸承還必須具有在很小的偏轉(zhuǎn)角下工作的能力。

5　結(jié)束語(yǔ)

在熱矯直機(jī)中直接使用背襯軸承作支承輥，可以顯著提高矯直機(jī)輥系的承載能力，但只有合理選用背襯軸承的結(jié)構(gòu)形式，并進(jìn)行正確的安裝、良好的潤(rùn)滑及精心維護(hù)才能延長(zhǎng)軸承的使用壽命，提高矯直鋼板的產(chǎn)品精度。

來(lái)源：《中國(guó)重型裝備》2017年1期