中板軋機油膜軸承使用情況分析

趙軍，趙杰

摘　要：酒鋼2800mm中板軋機支承輥油膜軸承，使用壽命明顯低于同行業(yè)相關(guān)企業(yè)，雖然其中存在這樣或那樣的客觀因素，如牌坊窗口的疲勞損壞造成間隙增大的影響，軋制工藝方面的影響等，但從總體情況分析來看， 其他一些細(xì)節(jié)方面的因素也會直接影響到它們的使用壽命，為了能夠更好地了解和掌握這方面的問題，排除油膜軸承在使用方面的不利因素，通過分析總結(jié)來加以論述。同時也可作為同行業(yè)設(shè)備借鑒、研究、探討的理論參考。

酒鋼集團宏興股份公司（全文簡稱酒鋼）中板軋機油膜軸承使用壽命較短，2012年使用某公司修復(fù)的油膜軸承，在上線使用累計5個多月后損壞，解體檢查發(fā)現(xiàn)油膜軸承受力點靜壓區(qū)附近，巴士和金大面積脫落無法使用。其后，上線一套某公司原裝油膜軸承，在使用不到1年的情況下亦出現(xiàn)巴氏合金剝落損壞現(xiàn)象。在2014年裝配上線另外一家公司修復(fù) 的油膜軸承，在使用8個月左右，又出現(xiàn)了巴士和金局部塑性流動和剝落現(xiàn)象。對比相關(guān)企業(yè)油膜軸承使用情況，據(jù)悉，韓國浦項油膜軸承使用壽命在五年以上[1]，而武鋼4200mm 特厚鋼板軋機油膜軸承襯套壽命好成績更是達到了13年。因此，相比于這些企業(yè)，酒鋼油膜軸承使用壽命相對偏低，需要不斷摸索和總結(jié)使用方面的不利因素，并加以改造和控制，已達到提高油膜軸承使用壽命的目的，同時也會降低采購成本。

1、中板油膜軸承使用方面存在的不利因素

1.1 、油膜軸承靜壓系統(tǒng)方面的問題

酒鋼中板2800mm軋機油膜軸承（KL型），是太重股份公司在1997 年為酒鋼設(shè)計制造的產(chǎn)品，多年來雖更換過采購廠家，但油膜軸承的基本結(jié)構(gòu)沒有改變，一直采用原來的結(jié)構(gòu)設(shè)計，其工作原理是，由3臺德國 URAKA 公司制造的KD716高壓柱塞泵 （正常工作時為2用1備）提供130 MPa靜壓油，3臺泵的出口與一閥組相連，閥組有8個出口與8根油路相連，分別將液壓油輸送到操作側(cè)和傳動側(cè)上、下油膜軸承的8個靜壓油腔，以保證在靜壓油腔周圍形成油膜。這種結(jié)構(gòu)在油膜形成區(qū)不具備自動調(diào)節(jié)補償功能，而經(jīng)多個中厚板生產(chǎn)廠家使用驗證，在軋機運轉(zhuǎn)過程當(dāng)中，支承輥軸承座與襯套之間以及輥徑與錐套之間會存在間隙的變化，這種間隙的變化會造成錐套和襯套間的不對中現(xiàn)象，使得錐套在襯套內(nèi)發(fā)生傾斜，造成襯套內(nèi)軸向兩側(cè)之間的 間隙不一致，間隙小的一面油膜的形成可能會非常薄，從而導(dǎo)致襯套表面的巴氏合金受到損傷。同時，不對中現(xiàn)象也會對軋制鋼板的板型產(chǎn)生一定影響。

1.2 、下支承輥軸承座支撐墊方面的問題 

下支承輥兩側(cè)軸承座下面的支撐墊，每次標(biāo)高調(diào)整時基本都存在標(biāo)高偏差，兩側(cè)的偏差量基本保持在1～4mm之間，造成下支承輥不能夠保持理想的水平狀態(tài)，而錐套和襯套裝配時，它們之間在徑向控制的間隙基本為 0.88mm左右，也就是說，如果兩側(cè)軸承座支撐墊標(biāo)高差值超過0.88 mm，從理論上講就有可能會對油膜軸承內(nèi)壁造成傷害，因為此時錐套與襯套之間的油膜間隙基本為零（此處暫不考慮其他部位存在的間隙），如果兩側(cè)支撐墊標(biāo)高偏差值大于0.88mm，一旦油膜軸承徑向間隙完全被占 滿，在下支承輥的撬動作用下，則勢必會進一步引發(fā)軸承座向標(biāo)高較低一側(cè)傾斜，此時會造成下支承輥軸承座下面的支撐墊受力面積減小，單位面積上的壓力增大，出現(xiàn)支撐墊被壓裂的情況。

下支承輥軸承座下方的支撐墊表面為平面結(jié)構(gòu)設(shè)計，支承輥在縱向傾斜時沒有自我調(diào)節(jié)能力，其產(chǎn)生的結(jié)果和上面描述相同，油膜軸承受到傷害，支撐墊局部受力被壓壞（見圖1）

1.3、 油膜軸承液壓油方面的問題

酒鋼中板軋機支承輥油膜軸承機械油為殼牌威達利M680，因環(huán)境因素影響，支承輥工作時，冷卻水會不斷的進入油膜軸承并隨回油返到油膜軸承油箱，油箱中水油混雜，目前除水的方法就是通過油箱下方的排泄閥，從油箱底部將水放掉。雖然M680機械油融水性較低，但依照油膜軸承標(biāo)準(zhǔn)要求，油中含水量超過3%就會對油膜形成產(chǎn)生不利影響，而我們目前的使用情況應(yīng)該是超出這一指標(biāo)的。另外，油液在長期使用中，必然會參雜一些進入的雜質(zhì)和自身摩擦脫落的金屬顆粒，如不能及時清理干凈，也會直接影響到油膜軸承的使用壽命。再有，從經(jīng)濟效益來講，在排水過程中，部分潤滑油也會隨之排出，造成油品浪費，據(jù)近幾年數(shù)據(jù)統(tǒng)計，平均每年需往油箱中補油39桶（包括泄漏造成的油液損失），消耗資金15萬元左右。

1.4 、油膜軸承修復(fù)質(zhì)量方面的問題

因油膜軸承價格較高，目前中板采購一套油膜軸承的價格為38萬元，修復(fù)一套油膜軸承的價格為10萬元左右，為節(jié)約采購成本，對舊?油膜軸承進行修復(fù)是我們采取的主要方式，但就修復(fù)后的油膜 軸承與新采購的油膜軸承工作情況比較來看，新油膜軸承的使用壽命還是要長一些。具體分析這里面的?素，從目前襯套鋼體和巴氏合金結(jié)合方式來看， 修復(fù)廠家會采取和新油膜軸承一樣的工藝去進行，應(yīng)當(dāng)不會產(chǎn)生什么問題，關(guān)鍵可能是在巴氏合金層 厚度的把握上會出現(xiàn)一些問題。因舊的油膜軸承在 修復(fù)時，襯套兩金屬的結(jié)合面需要重新加工處理，這樣無疑會加大襯套鋼體的內(nèi)徑尺寸。同時，舊的錐套外表面在使用過程中也會產(chǎn)生磨損，再加上表面的鏡面處理，無疑會使其外徑表面尺寸減小。廠家在重新澆鑄巴氏合金時，為保證錐套和襯套之間的配合間隙，必然會增加巴氏合金層的厚度，這樣一來，就會使巴氏合金層的疲勞壽命降低，從而降低了修復(fù)油膜軸承的使用期限（見圖 2）[2]。

2、解決中板油膜軸承存在問題的方法 

2.1 、油膜軸承靜壓系統(tǒng)問題解決辦法

為了解決目前中板油膜軸承因不對中現(xiàn)象可能對其造成的損害，經(jīng)多方資料考證認(rèn)為，在油膜軸承襯套油路中增設(shè)阻尼器，可以解決此類問題，其原理如圖3所示，當(dāng)油膜軸承出現(xiàn)不對中現(xiàn)象時，錐套在襯套中會發(fā)生傾斜，此時會出現(xiàn)一側(cè)間隙變大，一側(cè)間隙變小，間隙變大的一側(cè)因空間增大，使得油的流量增大，經(jīng)過阻尼器后其壓力降變大，從而達到減壓 的作用。相反，間隙變小的一側(cè)，油的流量減小，油通 過阻尼器后壓力降變小，使得壓力得到提升，通過兩側(cè)壓力的一增一減，使油膜軸承達到新的平衡點，從 而減小或消除其不對中現(xiàn)象，同時對油膜軸承起到保護作用。

2.2、 支撐墊標(biāo)高偏差問題解決辦法

將下支承輥軸承座下面的支撐墊設(shè)計成弧形面，這樣在兩側(cè)的標(biāo)高產(chǎn)生偏差時，下支承輥兩面的軸承座就會沿支撐墊弧形面自行調(diào)整，使得下支承輥的軸線始終與軸承座的軸線保持平行，而不是像支撐墊表面為平面時那樣，造成它們的軸線不平行，并且在偏差過大時支承輥會撬動軸承座產(chǎn)生傾斜， 從而對油膜軸承造成傷害。另外，支撐墊改為弧形面以后，因軸承座可自行調(diào)整，支撐墊弧形表面會始終全面接觸，這樣不僅消除了原支撐墊局部受力現(xiàn)象，同時，對整個輥系的著力也會產(chǎn)生優(yōu)化。從理論認(rèn)知上來講，因問題起源于兩側(cè)支撐墊標(biāo)高偏差，在一側(cè)標(biāo)高偏低時，基本是以一側(cè)支撐墊中心線為原點的轉(zhuǎn)動，所以，支撐墊表面弧度的確定可以兩側(cè)支撐墊中心線之間的距離作為半徑來加工獲取，酒鋼中板軋機這一距離大概是R=4.2 m（見圖 4）。

2.3 、油膜軸承液壓油方面的處理方法

在中板軋機支承輥油膜軸承液壓站中，液壓系統(tǒng)原始設(shè)備設(shè)計當(dāng)中含有油水分離處理部分，但在實際運營當(dāng)中卻從未投入使用，原因是當(dāng)時的技術(shù)不成熟，雖安裝了這部分設(shè)備，但在具體使用時并不理想。鑒于此，可見油水分離系統(tǒng)在油膜軸承液壓系統(tǒng)當(dāng)中的配備是很重要的，而我們目前在這方面是有缺失的。目前，要改變這種現(xiàn)狀有兩種辦法：

1）選用摩根公司提供的超級抗乳化油（SD 油），這種油的特點是能在較低溫度下和水快速分離，降低油的乳化程度，從而保證油品質(zhì)量。前提是需要上 一套油處理系統(tǒng)給油加熱除水。

2）增加真空油水分離機，目前，國內(nèi)某些公司生產(chǎn)的凈油機兼具了真空除水、油品凈化、指標(biāo)監(jiān)控、自動調(diào)節(jié)運行等智能，完全能夠滿足現(xiàn)場需求，解決液壓油存在的問題。這兩種辦法的主要問題就是前期資金投入問題，抗乳化油的成本肯定是要高一些， 而且還要上一套液壓油處理系統(tǒng)。上一臺凈油機也需要幾十萬的資金。但從長遠(yuǎn)來看，設(shè)備到位后，如果油膜軸承的使用壽命能比以前延長一年，則兩套油膜軸承（一根支承輥每次必須更換兩套）就可節(jié)約采購資金75萬元左右，而且，每年的油品節(jié)約成本也可達8萬元左右，還是很值得的。

2.4、 油膜軸承的修復(fù)應(yīng)采取的方式

1）采用高強度巴氏合金。目前修復(fù)廠家大部分采用的可能是錫基巴氏合金或鎘基巴氏合金（因鉛 基巴氏合金遇水易腐蝕），在正常情況下，使用這兩 種巴氏合金應(yīng)當(dāng)問題不大，但如果巴氏合金層加厚， 則勢必降低其疲勞壽命，在這種情況下，如果采用高強度巴氏合金（目前摩根公司已開發(fā)出來），則可以彌補因厚度增加帶來的危害。

2）保留舊的錐套，襯套重新制造?？筛鶕?jù)舊錐套的外徑尺寸（鏡面處理后），來重新配制襯套，這樣，可以保證巴氏合金層的合理厚度，適當(dāng)增加襯套鋼體的內(nèi)徑尺寸，從而提高油膜軸承的使用壽命。反之亦然，即重新制造錐套來滿足襯套的修復(fù)質(zhì)量，這要根據(jù)修復(fù)前的實際檢測情況來定。

3、結(jié)語

軋機油膜軸承使用??想，里面存在的因素很多，有使用方面的因素，也有其結(jié)構(gòu)方面的因素，但對酒鋼中板油膜軸承使用情況來看，上面提到的幾個問題比較關(guān)鍵，當(dāng)然，也還會有其他方面的影響因素。

參考文獻

[1] 黃志堅.軋機軋輥與軸承使用維修技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版 社，2008：1.

[2] 濮良貴.機械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，1991.

來源：山西冶金

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