浅析30万吨横切机组十一辊矫直机工作辊轴承定位方式改进

摘要：

本文介绍了热轧部30万吨横切生产线十一辊矫直机工作辊轴承原有的定位方式及改进的定位方式，分析了改进的工作辊轴承定位方式在生产应用中表现出来的重要作用，阐述了改进后的工作辊轴承定位方式消除了设备隐患，保证了设备的正常运转和生产的顺利进行。

【关键词】横切机组 十一辊矫直机 工作辊轴承定位

【Abstract】The article describes the original and improved positioning ways of eleven roller leveler working roll bearings，analyzes the important effect of the improved working roll bearings positioning way in the production application， the equipment problem be eliminiated according to the improved the postioning way of workroll， guarantees the equipment running well and producing smoothly.

【Key words】Cut to length line；Eleven roller leveler；Working roll bearings positioning

前言

30万吨横切机组生产线是在吸收国内外先进工艺技术和设备装备的基础上，自主集成的厚规格、高强钢产品为主的剪切生产线。横切机组十一辊矫直机由国内制造，十一辊矫直机本体由机架装配、压下装置、活动横梁、上下工作辊装置、上下支承辊及其调整机构、接轴托架、氧化铁皮清扫装置及机上配管等组成。十一辊矫直机设备投入正式运行约半年发生一次第10根工作辊轴向窜动问题，并造成传动侧轴承损坏，工作辊传动侧轴承安装位辊身磨损，操作侧轴承内圈轴用挡圈损坏。经对十一辊矫直机辊盒拆解后，检查发现工作辊轴承定位存在设计隐患。原设计工作辊操作侧轴承内圈采用轴用弹性挡圈进行固定，轴承外圈采用闷盖进行定位；传动侧轴承采用顶套加紧定螺钉进行固定，此种轴承固定方式承载轴向力较小，在矫直机大压下、重负荷状态下无法满足轴向定位需要，故工作辊轴向窜动将操作侧弹性挡圈顶坏，造成传动侧轴承碎裂。[1]

1.设计结构分析

30万吨横切生产线十一辊矫直机工作辊操作侧轴承内圈通过轴端挡圈、隔套及工作辊轴肩与工作辊固定，挡圈型号120，材质65Mn；轴承外圈采用闷盖及轴承座定位，防止工作辊轴向窜动。当工作辊轴承受较大轴向力（如下图1所示，向右轴向力）时，轴向力全部通过操作侧轴承作用到轴端定位挡圈上。由于原设计轴用挡圈无法承受较大轴向力，致使挡圈损坏，工作辊向右窜动，导致传动侧轴承端盖与工作辊接触摩擦，造成辊身受损。工作辊向右窜动后，引起传动侧轴承无法精确定位，造成轴承损坏并将轴承安装位工作辊辊身磨损。3.改造方案

3.1轴上零件定位方法

轴上零件轴向固定的目的是保证零件在轴上有确定的轴向位置，防止零件作轴向移动，并能承受轴向力。常用的方法有利用轴肩、轴环、圆锥面、以及采用轴端挡圈、轴套、圆螺母、弹性挡圈等零件进行轴向固定。[3]

3.2角接触球轴承特性及轴向预紧方式

十一辊矫直机工作辊操作侧采用角接触球轴承7024AC双排布置，角接触球轴承可同时承受径向载荷和轴向载荷， 也可承受单一方向的纯轴向载荷， 其轴向受能力取决于接触角的大小， 随接触角的增大而增大。极限转速较高，从设计上讲允许达到的dm×n值可高于2.5×106mm .r/min。高精度和高速轴承通常取15°接触角， 在轴向力作用下其实际接触角会增大。

角接触球轴承可装入比深沟球轴承更多的球， 额定载荷增大， 从而保证高刚度和高承载能力。角接触球轴承在径向载荷作用下会引起轴向分力， 因此必须同时施加与轴向分力反向的轴向载荷， 且只能承受单向轴向载荷。使用时， 要施加一定的预载荷。

角接触球轴承的轴向预紧目的角接触球轴承一般采用轴向预紧方式， 即采用适当的方法使钢球和内外套圈产生一定的预变形， 以保证轴承内、外圈均处于压紧状态， 使轴承带负游隙运行。此时， 轴承产生预载荷， 该载荷是一种内部衍生的载荷。预紧的目的在于： 增加轴承的刚度，使旋转轴在轴向和径向正确定位， 提高轴承的旋转精度，降低轴承的振动和噪声，减小由于惯性力矩所引起的钢球相对于内、外圈沟道的滑动， 补偿因磨损造成的轴承内部游隙变化， 延长轴承寿命等。[4]

角接触球轴承预紧方式及特性，角接触球轴承轴向预紧按照施加预载荷的方法， 分为定位预紧和定压预紧。

定位预紧是指轴承的轴向位置在使用过程中保持不变的一种轴向预紧方式。如图4 所示， 可以通过调整两轴承之间的隔套宽度来获得要求的预紧量。在配对的同型号两轴承内圈或外圈端面磨去一定的预变形量， 安装之后实现预紧， 也属于定位预紧， 如图5所示。两个角接触球轴承通过定位预紧可显著提高支承系统的刚度。

使定位预紧支承系统中的一套轴承完全不受载时的外加轴向载荷称为卸紧载荷。当两个同型号的角接触球轴承成对安装并采用定压预紧时与定位预紧相比， 在同样预载荷下， 定压预紧对提高支承系统轴向刚度的作用不显著。但是， 定位预紧时， 轴受热长度变化及内外圈温差引起的径向游隙变化会影响到预紧变形量， 定压预紧则不存在这些问题。一般情况下， 要求高刚度时宜采用定位预紧， 而高速运转时宜采用定压预紧。

3.3工作辊轴承定位详细改进方案

根据角接触球轴承轴向间隙的调整方法及轴上零件的定位方法，针对工作辊操作侧弹性挡圈定位能力不强，将弹性挡圈取消，设计增加顶套用来对操作侧轴承进行定位，顶套内沿固定轴承内圈。闷盖更改为焊接件，闷盖内沿顶住轴承外圈。新设计顶套及改进闷盖同时对工作辊操作侧外侧轴承进行定位，顶套通过螺钉与转轴固定，工作辊转轴通过螺栓与工作辊固定。

传动侧轴承仍旧采用原顶套固定轴承，原设计工作辊顶套紧定螺钉在工作辊上无定位槽固定紧定螺钉，造成紧定螺钉无法有效定位顶套，现将工作辊上加工紧定螺钉固定槽，确保紧定螺钉不在工作辊上产生轴向移动。

4.结论及意义

本文通过分析首钢京唐钢铁联合有限责任公司热轧部30万吨横切生产线十一辊矫直机工作辊轴承定位方式存在设计隐患，提出了解决矫直机工作辊轴承定位改造方案，该方案彻底解决了30万吨横切机组十一辊矫直机工作辊轴向定位能力不足造成的工作辊轴向窜动问题，降低了设备故障时间，降低了备件采购及修复费用，保证了设备的稳定运行，对30万吨横切生产线十一辊矫直机本体稳定运行起到重要的作用。

参考文献：

[1]首钢京唐钢铁联合有限责任公司热轧部内部资料《带钢剪切加工线职工培训教材》有关章节.

[2]首钢京唐钢铁联合有限责任公司热轧部内部资料《30万吨横切生产线设备安装图》有关章节.

[3]兰青.机械基础（第3版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社2010.（21）18-28.

[4] 贾群义. 滚动轴承的设计与应用技术[M]. 西安： 西北工业大学出版社1991.（8）35-39.

作者简介：

马顺杰（1983.06- ），男，大学本科学历，首钢京唐钢铁联合有限责任公司中级工程师，主要从事设备维护工作。