彩涂涂机轴承改型分析及应用.pdf

第 4 1卷第 1 期 2 0 1 2年 2月 有 色 金属 加 工 NONFERRO US METALS PROCESSI NG VOl 41 No 1 Febr uar y 2 01 2 彩涂涂机轴承改型分析及应用 康 海林 攀 钢集团成都板材有限责任公 司 四川 I成都 6 1 0 3 0 0 摘 要 介绍 了攀钢彩涂生产线 辊式 涂机的工作原 理和存 在 的问题 结合生 产工艺 和现有设备 着 重 阐述 了 对涂辊轴 承改型的分析计算 优 化了涂机工艺参数 对 降低涂 层厚 度产生了较大的经济效益 关键 词 辊涂机 膜 厚控制 轴 承改型 U C C 2 1 1 2 1 3 1 2 C K H 3 1 2 中图分类号 T H1 3 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 6 7 9 5 2 0 1 2 0 l 一 0 0 3 7 0 4 彩色涂层生产线是专门用于对冷轧钢板 热镀锌 板 镀铝板 高铝合金板 不锈钢板等材料表面进行连 续 漆料 涂装 的机 组 装备 以提 高 工业 用 带 材 的耐腐 蚀 性与外观装饰性 为建筑 家电 交通运输等行业提供 各种规格与色彩的卷板 整条生产线主要工艺过程 为 上 料准备 清 洗 钝 化 表 面 涂 覆 分 切 收 卷 四个 功 能 段 其 中表 面涂 覆 为关 键 功 能 段 表 面 涂 覆 质 量 的 好 坏 直接决 定 产 品 的 质量 和性 能 而 且 涂 层 厚 度 控 制 则是 涂覆 工 序 的关 键 参 数 之 一 涂 机 工 艺 过 程 见 图 1 1 涂层厚度控制分析 图 1 涂 机工作原理 在彩 色涂 层钢 板生 产 中 除 了基 板 之外 7 0 的 车 间成 本 由涂 料 构 成 因此 尽 量 精 确 控 制 涂 膜 的厚 度 具有 明显的经济效益 对于一条年产 l 0万吨的生产 线 如 果 产 品 基 板 厚 为 0 5 mm 涂 层 总厚 度 为 2 5 m 时 涂 层 厚度若 能 减少 1 Ix m 就 可节 省涂 料 1 0 0 t 左右 如此明显的效益推动了涂膜厚度控制技术的改进 在 生产中出现了缝 隙控制和压力控制技术 1 1 操作 人员 进行 机械 的调 整控 制 涂料涂覆厚 度控制最简单 的方法是 在涂覆作业 收稿 日期 2 0 1 1 0 4 2 1 时 由操作人员使用涂膜测厚器对涂敷后 的钢板表面 涂膜 进行 厚 度 测 量 根 据 所 测 得 的厚 度 和 已知 的干 膜厚度与湿膜厚度的对应 比值 通过手摇动摇柄和丝 杠 调 节有 关辊 子 的间 隙 以及 相 关 辊子 的转速 从 而 改变 涂覆 在带 钢表 面上 的涂膜 厚度 根据各 个 辊子转 速 和 缝 隙对 涂 层厚 度 进行 调 整 当挂料辊和涂敷辊转速确定之后 在单位时间内向带 钢涂敷供给的涂膜总量也是确定 的 这时 如果调节 带钢的速度 带钢表面上被涂上的涂膜的厚度将发生 与之成反比的变化 反之亦然 当固定 了带钢的行进 速度之后 改变各辊 的转速 则可使带钢表面的涂膜 厚度发生变化 1 2 利用辊子转速比调节控制涂层厚度 生产过程中 对涂层厚度的调节是通过调节涂敷 3 8 有色金属加工 第 4 1 卷 辊 挂料 辊和计 量辊 的 转动 速 度进 行 的 与此 同时 配 合以手动和机械调节与湿膜的测定 对于辊速调节 的范围 取决于涂料的特性 黏度 温度和机组设备性 能 表 1是一 组涂敷 作业 时辊 速控制 调节 的实例 表 1 涂敷作业的辊速调整实例 涂敷方式 速 比 适用情 况 1 3 通过 辊 间压力调 整涂 层厚 度 实际生产 中 当两辊式顺涂作业时 涂敷辊与带 钢相互紧靠而没有缝 隙 在使用聚氨酯橡胶包衬的 涂敷 辊 时 涂 敷 辊 与带 钢 间 的缝 隙 为零 漆 膜 厚 度 主 要 由橡胶 辊 的 弹 性 变形 控 制 假 若 涂 敷 辊 在 位 置 调 整后不再产生变动 而且涂料在涂敷过程 中仍属于牛 顿流体 并通过压力传感器 可以测得带钢与涂敷辊 间 的压力 那 么可 以推导 出公式 1 1 1 l 1 2 h l 一b 1 o l t o h C F 0 1 式中 F 涂敷辊与带钢问压力显示值 h 涂敷 于带 钢上 的涂膜 厚度 转 向支撑辊 带钢 的角 速度 1 涂 敷辊 的角 速度 b 与胶辊半径 转 向支撑辊角速度 涂敷辊角 速度 有关 的常数 c 与 带钢 宽度和 胶辊硬 度有 关 的常数 实际生产 中 在作业 的瞬间涂料的黏度 温度以 及胶辊的径向膨胀是不变的 生产线速度和涂敷辊转 速确定以后 涂敷于带钢上 的涂膜厚度 h 1只随涂敷 辊与带钢间的压力 F变化 但是 由于胶辊在宽度方 向上的硬度不可能绝对相 同 所以在带钢宽度方向上 的涂膜厚度分布也有所差异 同时 由于涂 料并非 牛 顿流体 以及胶辊的压缩变形误差 所以实际与理论 上的计算值并非 完全 吻合 但 有一定的近似 性 不影 响进行 趋 势判断 分析 1 4涂料黏 度对 涂膜厚 度 的影响 上述分析都是建立在黏度确定的情况下 然而实 际生 产过程 中 黏 度对 涂 敷 时 的湿膜 厚 度也 有 非 常 大 的影 响 在 其他 条 件 一 定 时 在 一 定 的 范 围 内黏 度 越 小 湿 膜厚 度 越 薄 涂 料 的黏 度 与 温 度 有 密 切 关 系 同时也 与稀 释剂 的浓 度有 关 在 不 同 的温度 下 进 行涂 料涂敷作业 时 要求将 涂料用溶剂 稀释到相 同 的黏 度 为了便于调节涂料的黏度 涂料生产厂家经常利 用一种事先测算好的温度 一黏度 一稀释率 曲线 如图 2所示 计算出稀释剂的用量来指导操作 芒 肇 聋 鎏 测 定温 度 图 2涂料的温度一黏度一 稀释率曲线 由此可见 温度越高 稀释率越大 黏度越小 同 样 的湿膜厚度 不 同的稀释率 固化后 的干膜厚度也 不 同 稀 释率 越大 干膜 厚 度 越薄 但 是 稀释 剂 的成 本 也越 高 2 现状分析 攀钢彩涂生产线采用两辊式底涂和三辊式精涂 正面 两辊精 涂背 面 的涂 敷方 式 在 进行 膜 厚控 制 作 业 中 其它参数都最大化优化后 为 了获得较薄 的干 膜厚度 同时减少稀释剂 的使用成本 采用增大辊压 的方式来控制膜厚 并取得较好 的效果 但是也带来 了一些问题 主要是来 自设备方面 精涂机挂料辊 涂辊轴承频繁损坏 对正常生产产生了非常严重的影 响 原设计的轴承 为带座外 球面调心球 轴承 型号 U C C 2 1 1 日本 N S K生产的进 口轴承 采用增大辊压 工艺后 生产涂料成本下降 了 但轴承平均每月消耗 1 2套左右 也就是说每 2 3天就消耗一套轴承 主要 第 1 期 有 色金属 加工 3 9 损坏轴承 的辊子只有 4根 即 占用 8套轴承 轴承频 繁损坏造成备件成本增加 而且更换轴承造成机组停 机 生产 中断 对生产彩涂带钢 的产 品质量 和合格率 造成 巨大损失 鉴于这种情况 为 了减少或避免 因涂 辊轴承损坏造成的巨大经济损失 亟需解决涂辊轴承 频 繁损 坏 的问题 3改进措施及 思路 通 过 记 录精 涂 机背 涂 辊 和面 涂辊 的压力 得 出压 力数据 经 分析 对 比压力数 值和轴 承损 坏频率 可看 出 在压力大的时间段 内轴承更换频率相对 高 压力 小的时间区域内轴承更换频率相对较低 且轴承大部 分 为 内圈沿 径 向断裂 根据机组运行参数经计算得出轴承的理论寿命 设 机组 运 行速 度为 6 0 m rain 辊 速 比为 1 0 6 辊径 为 2 1 5 mm 0 2 1 5 m 可 得 棍 子 转 速 6 0 1 0 6 0 2 1 5 订 9 4 2r r ain 已知 U C 2 1 1的额 定动 载荷 为 2 9 2 K N 根据轴承寿命计算公式 L 1 0 C P 球轴承 s 3 滚子轴承 s 1 0 3 U C C 2 1 1 为 球轴 承 8取 3 当辊压 按原 设计 压力 5 0 0 8 0 0公斤 力 即 5 8 K N状况 下运 行 时 P 5 K N时 I 2 9 2 5 1 9 9 1 7 6 7 0 4 百 万 转 转 换 为 天 为 1 9 9 1 7 6 7 0 4 9 4 2 6 0 2 4 1 4 6 8 3天 而在实 际使用 中 轴 承载荷几乎达到 2 0 K N即 2 吨 的力 在 此 工 况 下 C 2 0 K N 时 L 1 0 2 9 2 2 0 3 1 1 2 1 3 6 百万转 转 换 为 天 为 3 1 1 2 1 3 6 9 4 2 6 0 2 4 2 2 9天 实际使用 中因为装配精度等其它各方面的原 因 实际使用寿命 只有 2 3天 严重影响正常生产 因 原设计使用压力为 5 8 K N 而在实际生产过程中 根 据生产工艺精涂面涂轴 承压力往往在 1 5 K N左右 背 涂轴承压力在 2 0 K N以上 U C C 2 1 1的额定动载荷才 2 9 2 K N 已经远远不能满足 目前工艺下 的生产要求 综合各方面的因素 决定对该轴承进行换型改造 根据该轴承 的工况要求需要选择有调心功能 的 轴承 可供选 择 的轴 承有调心球轴 承和调 心滚子轴 承 同尺寸的调心滚子轴承具有更好的承载能力 因 此选用调心滚子轴承 由于原型号轴承 U C C 2 1 1为带 座外球面轴承 在轴上 的紧固是靠径 向拧紧紧定螺丝 来实现的 所以新换型 的轴承也必须考虑到在轴上的 紧固形式 一般来说轴承内圈紧固的常用方法有 见 图 3 A 用轴 用弹性 挡 圈嵌在 轴 的沟 内 主要 用 于深 沟 球轴承 当轴向力不大及转速不高时 B 用螺钉固定的轴端挡圈紧固 用于在轴端切割 螺纹有困难 时 这样 紧 固可在 高转速下 承受大 的轴 向力 C 用圆螺母和止动垫圈紧固 主要用于轴承转速 高 承受较大的轴向力的情况 A B C D 图 3 轴 承内圈紧固方 法 D 用紧定衬套 止动垫圈和圆螺母 紧固 用于光 轴上 的 轴向力和转速都不大 的 内圈为 圆锥孑 L 的轴 承 内圈的另一端常 以轴肩 作为定位 面 为 了便 于 轴承拆卸 轴肩的高度应低于轴承 内圈的厚度 由于涂辊的数量较大 对涂辊轴的改动工作量较 大 成本也比较 高 根据 实际工 况 上述 D 结构形式 完全满足涂辊的使用要求 因此选用 D 圆锥孔轴承 配合紧定衬套 止动垫圈 和圆螺母 紧固的组合形式 有色金属加工 第 4 l 卷 实现轴承在光轴上的定位紧固 查阅轴承手册 初步 选用型号为 2 1 3 1 2 C K H 3 1 2的轴承加紧定衬套 应 用轴承寿命公式对 2 1 3 1 2 C K轴承在实 际工况下的理 论寿命进行校核 查阅轴承手册可知 轴承 2 1 3 1 2 C K的径 向基本额 定动 载荷 为 2 1 1 0 0 0 N 即 2 1 1 K N 根据轴承寿命计算公式 L I O C P 球轴承 8 3 滚子轴承 8 1 0 3 2 1 3 1 2 C K为滚 子轴 承 取 1 0 3 当辊压为现在涂辊实际使用压力 2 0 K N即 2吨的 力状况 下运 行时 P 2 0 K N 时 L 1 0 C P 2 1 1 2 0 加 2 5 7 5 3 8 1 2 6 5 百 万转 套 按每套 4 0 0元计算为 8万元 2 0 0 7年全年此轴承 消耗量近 1 5 0套 按每套 4 0 0元计算 为 6万元 而因 轴承损坏对生产造成的损失更为巨大 改造后背涂 提升辊可恢复原较低的位置 使带钢在背涂辊上的包 角达到设计要求 基本可以杜绝 因带钢板型不好造成 背涂漏涂的缺陷 消除了因此设备缺陷造成 的产品质 量不稳 定 的 因 素 生 产 中对 漆 膜 厚 度 控 制 调 节 能 简 单实现 通过调整辊压 即可 同时对油漆粘度的要求 涂料 中稀释剂的含量也可适当降低 在不影响产品质 量的基础上 有效降低 了生产成本 由于轴承损坏频率大幅度降低 原来因更换轴承 造成机组减速 停机的时间用来正常生产 对提高产 量起 到 了积极作 用 转换为天为 2 5 7 5 3 8 1 2 6 5 9 4 2 6 0 x 2 4 5 结论 1 8 9 8 5 7 7天 相当于 5 2年 也就是说理论上该轴承是不会 因 为载荷 因素而损坏 4 取得成效 2 0 0 8年 3月完成对背涂挂料辊 钢辊 轴承换型 改造后 轴承 由原 U C C 2 1 1换 成 2 1 3 1 2 C K H 3 1 2 使 用至 2 0 1 1年 3月 此辊 累计消耗轴承数量 为 0 即通 过三年的统计观察 换型后的该辊轴承没有发生损坏 现象 而且旋转精度及其他性能参数也满足生产工艺 要求 可以确定改造是成功 的 下一步将精涂面涂挂 料辊也换成此型号的轴承 并逐步更换精涂涂辊 项 目改造后 轴承的理论寿命可以从 目前的 2 2 9 天提高到五年以上 原实际平均使用寿命为 2 3天 预计改造后 实际平均使用 寿命为两年 仅此项轴承 消耗节省近 6万元 改造 前全年此轴 承消耗近 2 0 0 改造完成后提高了轴承的使用寿命 降低了机组 的故 障率 杜绝 了改造前轴 承频 繁损坏机组减速 停 机造成漆膜涂层厚度不均 产生色差或漏涂 的缺陷 提高了产品的成材率和合格率 精涂机是彩涂生产 线的关键设备之一 它的运行情况直接关 系到产品的 最终质量 它的稳定运行是产品质量稳定 的关键因素 之一 产品质量稳定性 的提高为攀钢彩板产 品的市 场形 象做 出 了贡献 参考 文献 1 朱立 徐 小连 彩 色涂层钢 板技术 M 化学 工业 出版社 2 0 0 5 1 9 7 2 0 4 2 成大先 机械设计手册 第二卷 M 化 学工业 出版社 2 0 0 2 7 1 9 9 7 2 0 9 3 G B T 2 7 1 2 0 0 8 滚动轴承 分类 S 4 机 械工业 信息研 究院 洛 阳轴 承研究 所 轴承 M 机 械工业 出版 社 2 0 0 3 2 l 9 2 6 0 Re t r o f i t An a l y s i s a n d Ap p l i c a t io n o f Co l o r Co a t e r Be a r in g KANG Ha il in P a n g a n g G r o u p C h e n g d u F l a t P r o d u c t C o L t d C h e n g d u S i c h u a n 6 1 0 3 0 0 C h in a Ab s t r a c t Th i s p a p er i n t r o d u c e s t h e wo r k i n