18輥軋機(jī)工作輥軸向力導(dǎo)致止推軸承損壞因素分析及優(yōu)化措施
2024-03-15
摘 要：18輥軋機(jī)工作輥止推軸承在使用過程中易損壞，通過分析發(fā)現(xiàn)主要是因?yàn)楣ぷ鬏佔(zhàn)饔迷谥雇戚S承上的軸向力過大造成的，本文主要針對帶鋼板型呈楔形或鐮刀彎、中間輥與側(cè)支撐的作用力的因素討論分析造成止推軸承損壞的原因，找到了延長止推軸承使用壽命的方法。結(jié)合機(jī)組運(yùn)用的實(shí)際情況，經(jīng)過相對應(yīng)的優(yōu)化措施改善后，能降低損壞率41.7%。
關(guān)鍵詞：止推軸承；易損壞；軸向力；優(yōu)化措施
0 引言
止推軸承在18輥冷連軋機(jī)中起到了阻止工作輥持續(xù)軸向移動(dòng)的主要作用，避免因不利因素移動(dòng)超出工藝使用范圍，造成斷帶、斷輥或者其它設(shè)備的損壞，可以說沒有止推軸承，18輥軋機(jī)組無法正常軋鋼。然而止推軸承在使用時(shí)存在受力大、使用環(huán)境差、損壞率高、損壞因素多、損壞時(shí)間不規(guī)律、生產(chǎn)過程中難以控制調(diào)整的缺點(diǎn)，因此降低止推軸承損壞率是具有緊迫性和難度的機(jī)組維護(hù)技術(shù)攻關(guān)工作，現(xiàn)在根據(jù)工藝原理和使用后效果作為參考依據(jù)，總結(jié)分析出相關(guān)的有利因素，用以指導(dǎo)止推軸承的使用。
1 帶鋼板型影響因素分析
帶鋼板型主要分兩種情況易造成止推軸承損壞，橫向切面呈楔形或者彎曲（鐮刀彎、S彎）。
為確保軋制的帶鋼厚度一致，同一組工作輥的中心高度位置要保持不變，改變的是帶鋼形變量。當(dāng)來料帶鋼存在橫向厚度差，進(jìn)入輥縫后軋制力必然會橫向不對稱分布，厚的一側(cè)壓下率大，軋制力大，工作輥單側(cè)撓性變形，帶鋼從厚側(cè)向薄側(cè)跑偏[1]，因工作輥與帶鋼表面接觸存在摩擦力，使工作輥受到從厚側(cè)趨向薄側(cè)的軸向力而移動(dòng)，止推軸承受力。
彎曲型帶鋼在前進(jìn)方向受張力，帶鋼傳動(dòng)側(cè)距離長，帶鋼往傳動(dòng)側(cè)跑偏，反之則往操作側(cè)跑偏，受工作輥與帶鋼之間受摩擦力的影響，工作輥產(chǎn)生軸向力向邊部距離長的一側(cè)移動(dòng)，止推軸承受力[2]。軋制時(shí)帶鋼板型不規(guī)則，以質(zhì)點(diǎn)的形式在平面上按照各種不規(guī)則類型延展拉伸，提前檢測出帶鋼楔形、彎曲，通過控制好速度，彎輥、串輥等控制工藝，降低因板型異常產(chǎn)生的軸向力，可以有效避免止推軸承損壞。
2 中間輥影響因素分析
中間輥是一對帶有單邊錐度的輥?zhàn)樱梢暂S向移動(dòng)起到調(diào)節(jié)帶鋼板型、松緊、跑偏的作用，在此過程中有兩個(gè)重要的影響因素使工作輥產(chǎn)生軸向力致使止推軸承損壞。上中間輥驅(qū)動(dòng)側(cè)帶錐度，下中間輥操作側(cè)帶錐度，中間輥在壓力狀態(tài)下與工作輥完全貼合，以上中間輥與工作輥為分析對象，假設(shè)沒有其它因素干擾的情況下壓下力為F，對其進(jìn)行軸向力分析[3]，見圖1。
F：壓下力；Fn1：軸向合力；β：中間輥錐度角，并且β=[0，90°]；μ：工作輥與中間輥、帶鋼的摩擦系數(shù)，經(jīng)查資料，0.05<μ<0.11[4]。
由式（3）可知，工作輥軸向合力與壓下力、錐度、摩擦系數(shù)均有直接關(guān)系，摩擦系數(shù)以及錐度確定，壓下力增大，軸向力隨之增大致工作輥軸向移動(dòng)，止推軸承受力易損壞。當(dāng)Fn1=0，得0.05＜sinβ=μ＜0.11，可算出2.9°≤β≤6.5°，在未有其它因素干擾的情況下工作輥在軸向上處于平衡狀態(tài)，止推軸承受力為0；當(dāng)Fn1＞0時(shí)，sinβ＞μ，工作輥朝著有錐度方向移動(dòng)，止推軸承受力易損壞；當(dāng)中間輥沒有錐度，即sinβ=0，工作輥失去調(diào)節(jié)機(jī)制，完全依靠摩擦力阻止工作輥移動(dòng)，帶鋼板型楔型或彎曲的情況下跑偏嚴(yán)重?zé)o法通過中間輥修正，工作輥產(chǎn)生軸向移動(dòng)，止推軸承受力易損壞。
彎輥力使中間輥、工作輥發(fā)生撓性形變[5]，彎輥力與壓下力同向?yàn)樨?fù)彎，反向則為正彎，隨著軋制力的增加輥縫凸度明顯趨于增大，所形成的帶鋼凸度明顯增加[6]。負(fù)彎狀態(tài)上中間輥兩端向外側(cè)頂起增大輥縫，如圖2，帶鋼中間薄邊部厚呈現(xiàn)出外圓弧狀態(tài)，工作輥、中間輥與之狀態(tài)楔合，工作輥在每個(gè)點(diǎn)上受壓力與支撐力，在軸向上互相抵消，工作輥不會橫移；正彎上中間輥將工作輥中心下壓，如圖3，帶鋼中間厚邊部薄呈現(xiàn)內(nèi)圓弧狀態(tài)，工作輥、中間輥與之狀態(tài)楔合，工作輥在每個(gè)點(diǎn)上受壓力與支撐力，在軸向上互相抵消，工作輥不會橫移。因此適當(dāng)調(diào)整彎輥，有利于工作輥在軸向的穩(wěn)定性，保護(hù)止推軸承不受損壞。
3 側(cè)支撐影響因素分析
側(cè)支撐主要在側(cè)面支撐并阻止工作輥在軋制過程中隨著帶鋼一起向前移動(dòng)，側(cè)支撐的受力主要來自于平衡梁與工作輥的推力。輥系示意圖如圖4，以上輥為研究對象，假設(shè)側(cè)支撐水平，則工作輥在輥縫關(guān)閉后與側(cè)支撐的靜態(tài)受力狀態(tài)如圖5，在三維直角坐標(biāo)系內(nèi)對其靜態(tài)力系進(jìn)行計(jì)算：
F：壓下力，F(xiàn)x1、Fx2：出、入口側(cè)支撐產(chǎn)生徑向力；Fr：被軋帶鋼抗力；Fμ2：沿x軸的摩擦力；Fn2：工作輥軸向力；Fz2、Fz1：出、入口側(cè)支撐沿z軸的分力；Fb1、Fb2：出、入口平衡梁支撐力；角a、b：側(cè)支撐與工作輥軸向夾角；角c、d：側(cè)支撐與工作輥徑向夾角；角e：工作輥與軋制鋼帶抗力夾角；μ：帶鋼、側(cè)支撐與工作輥以及工作輥與中間輥的摩擦系數(shù)，假設(shè)其均相等。
①由式（8）可知，側(cè)支撐使工作輥產(chǎn)生軸向力的大小與壓下力、平衡梁支撐力、工作輥與側(cè)支撐徑向上的夾角c和d、工作輥與側(cè)支撐軸向上的夾角a和b以及角e有直接關(guān)系。角a、b、c、d、e∈[0，90°]，在此區(qū)間范圍內(nèi)：
1）在徑向上，cosa、cosb遞減，壓下力不變，軸向力減小；在軸向上，sinc、sind遞增，壓下力不變，軸向力遞增。當(dāng)a=b=0°，c=d=90°時(shí)，側(cè)支撐產(chǎn)生軸向力為Fn2=0。
2）工作輥徑與側(cè)支撐輥徑大小可以改變二者在徑向上的夾角的大小，如圖6，工作輥徑減小或側(cè)支撐輥徑增大，則夾角減小，當(dāng)a或b≠0，工作輥軸向力減小；工作輥徑增大或側(cè)支撐輥徑減小，夾角增大，當(dāng)a或b≠0，工作輥軸向力增大，因此小工作輥或大側(cè)支撐有助于保護(hù)止推軸承。
3）角度e與工作輥徑及壓下率有關(guān)系，工作輥徑相等，壓下率越大，角e越大，如圖7（a）所示；壓下率相等，工作輥徑大，角e越小，如圖7（b）所示。tane在區(qū)間內(nèi)遞增，因此增大工作輥徑或減小壓下率可以減小角e，從而降低工作輥軸向力，減小止推軸承的受力。
②結(jié)合中間輥錐度導(dǎo)致工作輥的移動(dòng)關(guān)系可知，工作輥往中間輥錐度端移動(dòng)，在調(diào)整側(cè)支撐受力時(shí)，將有中間輥錐度端的側(cè)支撐夾角調(diào)小，使該端側(cè)支撐作用在工作輥的受力相較于另一端的大，工作輥會產(chǎn)生反向的軸向力抵消中間輥錐度產(chǎn)生的軸向力，當(dāng)Fn1-Fn2≤Fμ2，即側(cè)支撐、中間輥各自產(chǎn)生的軸向力差的絕對值小于等于摩擦力，則工作輥處于穩(wěn)定狀態(tài)，止推軸承不受力。
4 優(yōu)化調(diào)整前后對比
通過工作輥軸向移動(dòng)因素分析后，對各個(gè)產(chǎn)生不利因素的環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化改善，統(tǒng)計(jì)其中優(yōu)化調(diào)整前、后各半年軋制鋼種J5居多的損壞狀況，見表1。
由表1可知，針對問題優(yōu)化調(diào)整后：①每個(gè)機(jī)架的損壞總數(shù)都有所降低，整體下降率41.7%。②每種損壞類型都有所下降，其中磨損下降率22.7%明顯。③磨損的損壞率至多，無論是調(diào)整前或后均在55%以上。
5 結(jié)束語
通過上述分析，得知止推軸承的損壞是多種因素互相參雜造成的，要確保止推軸承的使用壽命良好，必須嚴(yán)格控制工作輥產(chǎn)生軸向力的因素，根據(jù)分析結(jié)果提出了6條措施，可有效預(yù)防止推軸承損壞：
①少軋制呈楔形、鐮刀彎等板型不良的帶鋼，或者提前檢測，做好操作工藝調(diào)整，使工作輥平穩(wěn)。
②優(yōu)化中間輥錐度，原料入口的首個(gè)機(jī)架板型差，其中間輥錐度應(yīng)，往后根據(jù)生產(chǎn)狀態(tài)可依次減小。
③在生產(chǎn)操作過程中，控制好彎輥工藝，隨時(shí)調(diào)整跑偏的工作輥。
④側(cè)支撐與工作輥的輥徑要適配，避免一大配一小；同時(shí)也要確保安裝的側(cè)支撐水平。
⑤側(cè)支撐機(jī)械位在中間輥錐度端調(diào)整帶呈夾角的狀態(tài)，與中間輥錐度互相抵消軸向力。
⑥降低壓下率或者使用較大的工作輥，盡量減小工作輥與帶鋼支反力的夾角。
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