R2工作辊轴承损毁原因及改进措施

杨辉

（本溪钢铁集团公司热轧厂，辽宁 本溪117009）

本溪钢铁集团热轧2300生产线，于2008年11月建成投产，设计年产量为400万t。该生产线R2轧机为德国SMS公司设计的四辊可逆粗轧机，采用单片封闭式结构，上部配有压下装置，轧机入口侧配有附着式立辊轧机。在后续生产过程中，可逆轧制产生的冲击及冷却水的腐蚀作用使R2工作辊箱体轴承座与机架滑板之间间隙过大，导致轴承座晃动，而使轴承受到较大交替变化的冲击载荷，造成工作情况恶化，降低了轴承的使用寿命。由于轴向力的作用，轴承座中轧辊轴向定位法兰螺栓多处绷断现象时有发生，对轴承座的定位产生影响。2017年9月，R2机架工作辊箱体的法兰螺栓在一周内连续3次绷断，造成停机换辊事故的发生。 其中，R2粗轧下工作辊4号箱体轴承，在上机运行240 h后，年修期间解体检查发现轴承已严重损毁。新轴承装入箱体后，仅上机工作3次，在第2次发生螺栓绷断事故。本文在分析轴承损毁原因的基础上，提出了相应的改进措施，效果明显。

1 轴承损毁现象

轧辊轴向定位法兰螺栓多处绷断，轴向力方向远离操作侧，箱体有轻微过热痕迹，拆解后的轴承内部情况如图1所示，轴承AB列保持架大端环绝大部分与销钉脱离，见图1（a）；AB列保持架小端环发生外移，见图1（b）；小端环端面上的焊点与相邻部件干涉磨损，见图1（c）；内外滚道状态光滑，有较轻的压痕和烧蚀，滚动体大端完好，小端有明显擦痕，见图1（d）；游隙调整环B、D内壁均有擦痕，外壁有摩擦过热产生的烧蚀，边缘均有被压入相邻外圈滚道产生的压痕，见图1（e）；滚动体销钉螺纹 端断裂失效，焊接端有明显弯折现象，见图1（f）。

图1 拆解后的轴承内部情况

2 原因分析

2.1 轴向力过大

从法兰螺栓绷断可知，R2轧辊具有向传动侧窜动的趋势，其根本原因是R2在多次可逆轧制过程定位滑板磨损不均匀，造成双侧位置精度恶化，从而发生非平行轧制［1］。多次调节辊缝使轧机牌坊窗口滑板及工作辊轴承座滑板严重磨损,使其配合间隙过大，轧制时上、下工作辊中心线错位,产生很大的轴向窜动力。

工作辊操作侧窗口尺寸为1 400+（1.9～2.6）mm,传动侧窗口尺寸为1 390+（1.9～2.6）mm。工作辊箱体带滑板尺寸为1 400-（0.3～0）mm,传动侧尺寸为1 390-（0.3～0）mm。由于对间隙尺寸的重视不够,没有对磨损的滑板进行定期更换,使其实测配合间隙超过3～5 mm。上工作辊及下工作辊中心线的左右位置发生变化,不在一条垂直的直线上,使轧制力产生一个很大的轴向分力,这是产生轴向窜动的原因之一。

根据经验公式，在滑板的有效作用长度下，双侧水平位置每相差0.31 mm，轧辊将偏斜0.005°，故轧辊的偏斜角约为（0.04～0.08）°。而当时的轧制力为25 000 kN，轴承轴向动载荷为2 070 kN。图2为轴向力、交叉角与轴向力的关系［2］。由图2可知，在交叉角影响下，上辊轴向力为1 000～1 200 kN，下辊轴向力为2 200～2 500 kN。上下辊轴向力均超出了轴向额定动载荷的值（2 070 kN）。

图2 轴向力与交叉角、轧制力关系

2.2 轴承座箱体变形

轴承座箱体经多年使用，磨损甚至损毁后仅进行简单处理就继续投入使用。而轴承座的上、下薄壁的热变形量不对称是由轴承座上、下部位结构和约束的不对称造成的［3］。通过对其进行有限元分析［4］，可以看出，箱体在作用力下由于过热，更易发生烧损变形。 因此，轴承箱体的轴承孔更易产生鸭蛋状变形，如图3所示。

图3 轴承座有限元分析结果

图4为轴承外圈、调整环与箱体偏心示意图，从图中可以看出，轴承外圈和隔圈之间偏心严重。在有些位置，隔圈与轴承外圈间的接触面变窄，局部压力比其它区域大，进一步增加了隔圈的受力变形。

图4 轴承外圈、调整环与箱体偏心示意图

新轴承装配前，要对箱体进行测量，箱体标准尺寸为900 mm，其初始加工尺寸为900.15～900.22 mm，最大极限尺寸为900.58 mm，而实际装入侧垂直方向最大超出标准尺寸1.04 mm，水平方向也超出标准0.62 mm。轴承孔测量点示意如图5所示，对应的轴承孔变形尺寸见表1。

图5 轴承孔测量点示

表1 轴承孔变形尺寸

3 解决措施

（1）轴向力过大的根本原因是由于轧制时发生了非平行轧制（水平交叉或垂直交叉）。控制措施主要是调整轧辊轴承座与轧机牌坊的间隙尺寸及两者之间的形位公差，如圆柱度、平行度等，以确保实现平行轧制，减小轴向力。

（2）轴承座与轴承在轧制过程中的工作精度、运行状态，主要取决于装配时的精度。轴承座装配精度在很大程度上决定了轴承运行的最终质量，而轴承座使用精度是保证轴承装配精度的前提。轴承座每次检修装配前的检查十分必要，若不符合图纸要求，则需要进行修补。此时不可忽略形位公差圆度及圆柱度等的测量，以解决轴承箱体变形的问题。

（3）轴承预紧力过大且不平均也是值得关注的要点，需要提高维护检修人员的技术水平,预紧时按照装配的标准进行预紧。径向轴承需要进行定位预紧，要正确使用支撑垫片，均匀拧紧等距的4个螺栓，直到轴承座盖紧压在轴承外圈上，测量四点螺栓处的盖板法兰与轴承座端面之间的间隙，再取其平均值作为间隙的宽度，轴承座-轴承盖间隙位置如图6所示。使用金属垫片时，要装入的垫片厚度必须比间隙值小0.05～0.10 mm，才可以使端盖压紧。确保弹簧与轴承盖的间隙为期待值，以保证弹簧作用力。

图6 轴承座-轴承盖间隙位置

4 实施效果

（1）对在机循环的4套工作辊箱体和带滑板处进行测量。如超过标准值-0.5 mm,要更换新滑板。如无法更换新滑板，则在箱体两侧加不锈钢垫片，使其在-0.5 mm范围内。这样能够解决在机轴承座晃动过大的问题。经改进后没有再发生轴向定位法兰螺栓绷断现象。

（2）在年修期间，对箱体轴承进行解体检查。测量箱体镗孔尺寸。对超过标准尺寸900.22 mm的4个箱体进行修复，修复后恢复其原始精度，重新装入轴承，对轴承端盖进行预紧处理，并加入合适的垫片。通过采取上述方法，轧制过程稳定，一段时间后进行下机检查，轴承没有受到损伤。

5 结语

R2粗轧机轴承损毁是由非平行轧制产生的轴向力及轴承座镗孔变形等引起的。采用减小轴承座与轧机间隙的方法可以减小因非平行轧制引起的轴向力。通过对每次检修的轴承座轴承镗孔尺寸变化进行跟踪并修复的方法保证箱体尺寸精度。通过采取上述措施，加强轴承方面管理,严格按设备精度标准要求,实行点检定修,R2粗轧机轴承损毁现象再未发生，保证了生产的顺利进行。