一种适合特殊型钢轧制的轧机辊系轴承结构

一种适合特殊型钢轧制的轧机辊系轴承结构卞致瑞张延安摘要：分析了非对称截面特殊型钢轧制的特点：轴向力大，换辊频繁，表面精度要求高；为此，必须对轧机辊系轴承结构进行合理选择。在介绍的多种复合轴承结构中，选择了推力滚子轴承和调心滚子轴承的复合结构，用于为美国麦克唐纳钢铁公司改造设计的特殊型钢生产线中，取得了成功。关键词：非对称截面；型钢轧机；轴承结构A bearing arrangement for special shape rolling processBIANZhi-rui1,ZHANGYan-an2(1.University of Science & Technology Beijing, Beijing 100083, China;2.Designing Institute, Shoudu Iron & Steel(Group)Co.,Beijing 100043,China)Abstract:The characteristics of rolling unsymmetrical section special shape, such as large axial force, highfrequency changing roll and high precision surface, are analyzed. So the bearing arrangement must be reasonably chosen. The arrangement of thrust and spherical roller bearing is chosen in many composite ones and is used in the special shape production line which was designed and reformed for McDonald Iron and Steel Co. in U.S.A. The application issuccessful.Keywords:unsymmetrical section;section mill;bearing structure非对称截面的特殊型钢轧制，以其产品低成本、高效率和高质量，相对锻造和铸造生产工艺，具有很大的竞争优势。北京科技大学为美国麦克唐纳钢铁公司改造设计的2条特殊型钢生产线的精轧机，轧机刚度大，轴承寿命长，自1997年8月投产以来，产品质量有很大提高，更换产品品种时，开工试轧棒料数量平均减少60%。1非对称截面特殊型钢轧制的特点及对设备的要求非对称截面特殊型钢的轧制，除具备一般型材生产的要求外，还有其自身特点：(1)这种产品轧制过程中产生的轴向力比轧制对称截面产品时大得多。(2)产品品种多，每种批量较小，因此换辊频繁。(3)产品一般不再进行后续机械加工，因此要求表面粗糙度和尺寸精度较高。针对以上特点，要求轧机刚度大，更换轧辊简单，调整孔型方便。据文献统计，在轧机工作机座的弹性变形中，轧辊及轴承的变形最大，约占机座总变形的40.1%71.5%。因此辊系轴承结构的选择成为设计中的关键之一。本文仅对改造中的辊系轴承结构设计进行论述。2辊系轴承结构的选择美国麦克唐纳钢铁公司轧机原有轴承为硬木轴瓦，此次改为滚动轴承。当前，轧机辊系多采用复合轴承结构，即用两种轴承各自分别承受轴向力和径向力。现介绍如下：(1)深沟球轴承和短圆柱滚子轴承这种结构是目前最常用于型钢和线棒材轧机的辊系轴承布置。深沟球轴承用来承受轴向力、由于这种轴承承载能力的限制，较适于轧制对称截面产品的轧机。短圆柱滚子轴承用来承受径向力，轴承安装时多采用内圈与轴紧配合形式，换辊时与轴承内圈一同更换，对于多品种、小批量的异型截面型钢，需准备大量的轴承内圈，这样既不经济又不现实。虽然短圆柱滚子轴承径向承载能力大，但在使用中对轴承内圈与外圈的不对心度要求较高。SKF轴承公司的研究结果如图1所示，图1轴承内外圈不对心度对轴承寿命的影响1-调心滚子轴承；2-短圆柱滚子轴承可以看出，如果轴承内、外圈的不对心度超过0.05，则轴承寿命明显降低。而在轧钢过程中，由于轧辊和轴承的变形，因此要保证使不对心度达到可接受的水平，需对结构设计、制造精度、轧机调整和维护提出更高的要求。(2)推力滚子轴承和短圆柱滚子轴承这种结构克服了深沟球轴承轴向力承载相对不足的缺陷，多用于万能轧机和板带轧机，但上述短圆柱滚子轴承的特点仍然存在。(3)推力滚子轴承和圆锥滚子轴承与推力滚子轴承和短圆柱滚子轴承结构相比，四列圆锥滚子轴承代替了短圆柱滚子轴承，减少了轴承内圈的备件数量。但是，四列圆锥滚子轴承对内圈和外圈的不对心度有较高要求，而且制造成本和使用维护要求均高于短圆柱滚子轴承，因此投资更大。(4)深沟球轴承和调心滚子轴承调心滚子轴承允许内、外圈有较大的不对心度，但深沟球轴承不能承受很大的轴向载荷。3适合特殊型钢轧制的轧机辊系轴承结构新设计的轧机辊系轴承结构如图2所示，这次改造综合了以往轧机辊系设计的优点，使用了推力滚子轴承和调心滚子轴承的复合结构。设计的主要特点如下。图2新设计的轧机辊系轴承结构1-端盖；2-推力滚子轴承；3-调心滚子轴承；4-操作端轴承座；5-轧辊；6-轴承座法兰；7-传动端轴承座；8-传动轴接头(1)用推力轴承承受轴向力，调心滚子轴承仅承受径向力，减小后一轴承所承受的当量载荷，延长了轴承的寿命。(2)调心滚子轴承的厚度是影响轴承寿命的重要因素，其值大小直接受机座轧辊最小中心距和轧辊辊颈的制约。设计时，以轧辊刚度最大和轴承寿命最长为目标函数，对轧辊结构和轴承参数进行优化设计，得到轧辊最佳设计参数和轴承选型参数。(3)选择调心滚子轴承的主要原则：调心滚子轴承允许有较大的内外圈不对心度，对设计、制造、使用要求较低。当安装产生误差和轧辊变形后，通过轴承的球面可自动调节，从而使轴承处于最佳运转状态，发挥其最大承载能力。这种轴承比圆锥滚子轴承的制造工艺简单，价格便宜，有利于向轴承厂订购非标轴承。这次设计所使用的就是按优化设计确定的数据向轴承厂订购的非标轴承。在几何尺寸相当的条件下，SKF厂双列调心滚子轴承和四列短圆柱滚子轴承的径向承载能力是相当的。虽然不能认为使用2个双列轴承可以完全和使用1个四列轴承等效，但是，麦克唐纳钢铁公司特殊型钢轧机选用2个双列轴承完全能够满足要求。(4)这次改造，在两条生产线上，对大小不同的两种轧机分别选用双向推力滚子轴承和调心推力滚子轴承。实践证明，后者更适合这种工况要求。4结论美国麦克唐纳钢铁公司轧机改造采用的辊系轴承结构，适合非对称截