２０１１年ｌ２月 第３９卷第２４期 机床与液压 ＭＡＣＨＩＮＥ ＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｄｅｃ．２０１１ Ｖｏ１．３９ Ｎｏ．２４ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３８８１．２０１１．２４．０４０ 精轧机组油膜轴承烧损原因分析及预防措施 蒋弦弋，杨家满，孙启阔，殷丽娟，唐晓军 （广东韶关钢铁集团高速线材厂技术研究中心，广东曲江５１２１２３） 摘要：高速线材精轧机组高速运转时，油膜轴承容易烧损。从装配、润滑、轧制等多角度分析事故产生的原因，总结 出有效的预防措施并成功应用于实践，有效地控制了油膜轴承烧损事故的发生。 关键词：油膜轴承；间隙；轧制力 中图分类号：ＴＨ１３３．３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１—３８８１（２０１１）２４一ｌｌ４—３ 精轧机组是高速线材连轧系统最具有特色的关键 设备，它的性能好坏及使用状况决定了整套线材轧机 的水平。而精轧机要实现高速就必须解决轧辊在高速 运转时因油膜轴承烧损所产生的系列问题。所以正确 分析油膜轴承烧损原因并维护好它，是精轧机组设备 安全运行的一个重要部分。以下对油膜轴承烧损原因 ０一◇ 及使用方案进行了探索分析。 １ 油膜轴承的工作原理 ・ （ｄ）静止时 （ｂ）眉动时 （ｃ）形成油膜及抽膜压力分布 油膜轴承是动压轴承的一种， 以润滑为介质的 图１油膜轴承工作原理图 径向滑动轴承。其具有尺寸精度高、摩擦因数低、 承载能力大、使用寿命长、抗冲击能力强和工作相 ２油膜轴承烧损原因分析及措施 对安全可靠等优点。在轧制过程中，由于轧制力的 从油膜轴承的工作原理可知油膜轴承系统内的重 作用，迫使棍轴轴颈发生位移，造成了油膜轴承中 要参数就是最小油膜轴承厚度。最小油膜轴承厚度的 心与轴颈中心的偏心，使油膜轴承与轴颈之间的间 大小与系统安装精度、润滑及轧制力大小等因素有重 隙形成了两个区域：沿轴颈旋转方向间隙逐渐增大 要关系，同时也是油膜轴承损坏的根本原因。因此从 的叫发散区；沿轴颈旋转方向间隙逐渐缩小的叫做 实际出发，重新分析轴承失效故障的原因所在。 收敛区。当旋转的轴颈把有黏度的润滑油从发散区 ２．１ 装配 吸人收敛区时，因轴颈旋转方向轴承间隙是由大变 在油膜轴承安装过程中存在着误解，过分强调油 小，形成楔形间隙。油膜内各点的压力沿着轧制方 膜轴承内孔与轴颈的间隙，在实践中总认为尺寸必须 向的合成力也就是油膜轴承的承载能力。当轧制力 达到图纸要求的最大和最小间隙，否则应该更换。实 大于承载能力时，轴颈中心与油膜轴承中心之间的 际上最大和最小间隙这个数值仅仅是机械地对比轴承 偏心距增大，形成了最小的油膜轴承的厚度，当油 内径与轴颈外径尺寸算出来的，并没有综合考虑到装 膜内的压力变大，承载能力变大，直到与轧制力平 配过程中由于形位误差的存在而产生的包容尺寸变 衡时，轴颈中心不再偏移，轴颈与油膜轴承被液体 化，而且油膜轴承经过来回拆装，容易产生变形，加 的动压效应分离隔开，形成全流体润滑。油膜轴承 上装配过程中因操作不当容易使轴承内孔变为喇叭口 工作原理图见图１。 形。这是因为精轧机组是全套引进国外设备，操作水 油膜轴承虽有独特的优点，也有其薄弱的一 平有限及方法不当，存在一定的技能差距，对油膜轴 面，如果稍有不注意，油膜轴承就会烧损。因此分 承烧损原因分析不够深透，所以常常造成油膜轴承提 析油膜轴承烧损的原因，采用相应的措施，以减少 前烧损。经过了多次分析并进行了承载使用，装配后 烧损次数、延长使用寿命是高速线材厂面临的难 测量轴颈与油膜轴承内孑Ｌ总间隙为０．３２～０．４５ ｍｍ 题 应该符合要求。 收稿日期：２０１０—１１—１６ 作者简介：蒋弦弋（１９６５一），男，高级工程师 从事冶金机械方面工作。Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｘｙ８９２２＠１６３・ｅｏｍｏ 第２４期 蒋弦弋等：精轧机组油膜轴承烧损原因分析及预防措施 ・１１５・ 该轧机油膜轴承的头部偏心套采用了齿连接式自 轧制工艺和轧机使用情况进行初步分析基础上，必须 位装置（图２中元件４、８），依靠螺栓上的一定数量 碟簧产生的力来定位（图２中元件６、７）。这种自位 装置对轴承的工作有利也有弊，其容易造成轴承厚度 分布不均。当轴承承载区域中轴向分布间隙发生变 化，动压油膜的分布压力随之改变，这同时也意味着 在较小的偏心率下两表面会接触，即在轴承靠近辊身 侧的承载区发生边缘磨损，导致油膜轴承过早失效； 而且该轧机采用的端部泄油的方式，往往因端部磨损 对油的流动和润滑膜形成十分不利。从对现场得到的 烧损油膜轴承进行实物测量后，作者发现油膜轴承磨 损两端相差０．１２ ｍｍ，这说明轴承的磨损比较严重。 所以装配时忽视螺栓的紧固力或者是设备使用一段时 间后碟簧产生的力失效，也是造成油膜轴承烧损的原 因。 １一止推轴承２一弹性阻尼垫３一齿轮４一偏心套连接齿 ５一上偏心套６一碟簧７＿螺栓８一油膜轴承９一轧辊轴 图２芯轴和油膜轴承零部件的装配图 ２．２润滑因素 由于精轧机的工作环境极为恶劣，双唇密封圈在 安装时受冲击载荷作用，造成局部弹性失效，不能真 正起到密封作用。在冷却水飞溅、氧化铁皮过多、环 境温度高等条件下，外界污染物（水、汽、粉尘等） 不可避免地进入润滑系统，造成油质污染，甚至乳 化，降低了油膜强度，易损伤轴承；因为当润滑油中 污染颗粒外形尺寸大于最小油膜轴承厚度时，其随着 润滑油通过最小油膜厚度处就会划伤轴承或油膜轴 承，严重时就会烧损。另一方面速度快和负载变化 大，冲击振动大，使动压油膜难以稳定形成，容易造 成轴颈与油膜轴承干摩擦或边界润滑，损伤轴承。 ２．３轧制因素 高速线材厂精轧机组油膜轴承有两种：重载型和 轻载型（高速型）。油膜轴承尺寸分别为１４０ ｍｍ× １４９ ｍｍ Ｘ １０５ ｍｍ和１１０ １Ｔｉｍ Ｘ １１７ ｍｍ Ｘ １０３ ｍｒｎ。两 种油膜轴承均出现烧损，烧损形式主要有两种：（１） 轧机在开轧制时就抱轴烧损；（２）在轧制过程中因 油膜轴承合金破坏而烧损。上述两种烧损情况与多种 因素有关，要找出其中的主要要素，在对生产现场的 对油膜轴承承载力进行理论分析。 图３油膜轴承受力分析简图 图中，０为偏位角；ｅ为偏心距；设ｃ为平均径 向间隙，则ｃ＝ —ｒ＝÷（Ｄ—ｄ）；设 为相对间隙， 则 ：ｃ／ｒ；设ｇ为相对偏心率，则ｓ＝ｅ／ｄ；ｈ…为最 小油膜厚度，则＾…＝ｃ—ｅ。 从雷诺方程可知油膜轴承的承载能力计算公式 为： Ｐ 式中：Ｐ为轴承载荷； 为轴承承载能力系数； 为 润滑油动力黏度系数；ｚ为轴承宽度；ｄ为轴颈直径； 为轴颈旋转角速度。 从上述方程可知：油膜轴承承载能力与多种参数 有关（而这些参数和承载系数早已在主轴设计中确 定）。其中油膜轴承的间隙（即轴承半径与轴颈半径 之差，是油膜轴承的最主要设计参数，决定了油膜厚 度的分布）最为重要，因为油膜轴承承载能力与最 小油膜厚度的平方成反比。当轴承间隙的数值较小 时，有可能提高或缩小其承载能力；当间隙减少到零 时，此时的油膜轴承与轴颈配合就变成了过渡配合或 紧配合，丧失了动压润滑的基本条件，就不能正常工 作。所以就油膜轴承而言，当轧件咬入的一瞬间，油 膜轴承受力最大，因为轧制压力建立的时间大约是 ０．１ Ｓ，即为轴承所承受的阶跃载荷的加载时间。在 这么短的时间内轴承负荷达到最大，冲击是很大的， 油膜轴承在短时间内也很难形成稳定的承载油膜，从 而将改变油膜厚度的大小，易损坏轴承。另一方面， 在正常轧制时，油膜轴承与轴间有一层油膜，不会磨 损油膜轴承；但是在启制动、空盘车、点动爬行时， 则不能形成油膜，轴将与轴承发生摩擦，也会导致轴 ・１１６・ 机床与液压 第３９卷 承烧损。在生产实际中，常因辊环与护帽装置未装 好而产生不平衡，从而引起较大振动，振动若不加以 在日常维护中，定期更换双唇密封圈，避免密封 失效使杂物进入润滑系统；要经常对润滑油进行化 验，定期检查油中杂质含量标准，必要时对润滑油进 控制也会引起油膜轴承发热以至烧损事故。因此，通 过对油膜轴承承载能力的分析可知，油膜厚度的变化 行油水分离处理；保持压力恒定，润滑系统工作压力 控制装置要有高的灵敏度和精确度，避免因压力变化 对正常使用性能有重要的影响，当轧制力增大时，轴 承以挤压效应来平衡增加的外载，油膜厚度变薄；当 轧制速度降低时，油膜厚度变厚；在运行过程中，润 滑油的黏度也是随着压力、温度的变化而变化的。所 产生工作压力下降。目前某厂精轧机组采用集中稀油 润滑系统供油，为确保油膜轴承供油充分及清洁，系 统采用了二级过滤装置及压力保护装置，当机组供油 以从生产现场的轧制工艺和轧机使用情况来看，由于 操作不当或轧钢工艺参数异常变化导致油膜超载而破 裂，最终使油膜轴承烧损可能是油膜轴承烧损的主要 原因之一。 ３预防措施 通过分析油膜轴承烧损的原因，要保证油膜轴承 的合理使用性能，使其达到或接近设计使用寿命，可 采取以下措施。 ３．１ 油膜轴承的安装 因外方没有准确提供许多技术数据，只有在实际 工作中总结，在理论联系实践的基础上，逐步完善装 配技术标准，按图纸要求严格检测辊轴的每一个尺 寸；其次，安装油膜轴承时必须保证承载区与轧制区 受力面吻合，仔细确认供油孔角度位置是否正确；严 格控制油膜轴承间隙、辊轴轴向窜动量和轧制标高； 装配过程要确保环境卫生清洁。定期检查轧机辊轴的 轴向窜动量。 ３．２油膜轴承的润滑油质量要求 油膜轴承是支承轧辊运转的关键部件，制造精度 要求很高，价格昂贵，故对油膜轴承润滑油提出非常 苛刻的质量要求，主要是： （１）良好的抗乳化性能。在正常运行中能迅速 分离油中水分； （２）良好的抗磨及极压性能。在油中混入少量 水时，仍能保持承载能力和抗磨性能，延长轴承寿 命； （３）良好的防腐、防锈性能； （４）优良的黏温特性。在轴承温度大幅度变动 时仍能实现正常润滑； （５）良好的抗泡沫性能； （６）良好的氧化安定性，延长油品的使用寿命。 压力小于０．４ ＭＰａ时，电机自动停转，同时为确保过 滤效率及过滤能力，作者严格按过滤器前后压差不得 大于０．２ ＭＰａ这一标准来更换滤芯。 ３．３加强工艺监督，严格工艺要求 在安装和拆卸辊环过程中必须按照操作规程要 求作业，避免装配不到位、辊环倾斜造成内外抛油 环撞击等；装配辊环时绝不允许用大锤敲击，更不 允许在轧机壳体动用氧气或使用电焊；尽量避免空 载盘车、低速点动、低速爬行；在处理堆钢情况应 尽可能缩短处理时间，以免造成密封圈老化；在轧 钢过程中要进行定时点检，检查有无漏油、轴承有 无异响；新辊箱正常使用前必须进行不少于４ ｈ的 磨合运行。 ４结束语 以上简要分析了油膜轴承损坏的几种主要因素， 但主要损坏原因与多个环节相关，只要在各个环节上 工作质量都能得到保证，油膜轴承的使用寿命将会得 到大大提高。因此通过不断努力，在逐步提高认识并 严格执行相关规定的基础上，不断提高油膜轴承系统 操作、使用、维护、保养水平和对故障进行正确分析 认识，精轧油膜轴承的使用情况得到好转，对国外先 进设备的消化和理解也上了一个台阶。而降低因油膜 轴承损坏而发生事故的概率，也是提高生产作业率、 降低生产成本的一条有效途径。 参考文献： 【１】李留计．油膜轴承润滑站主要参数控制［Ｊ］．太原重型 机械学院学报，２００２（１）：２３—４Ｏ． 【２】郭溪泉．高速线材精轧机油膜轴承［Ｊ］．太原重型机械 学院学报，２００４（１）：１８—２０． 【３】蒯苏苏．内燃机滑动轴承最小油膜厚度分布状态的研究 ［Ｊ］。农业机械学报，２０００，３１（１）：６４—６６．