影响轧机工作辊轴承寿命的相关因素分析

摘要： 板带冷轧轧机工作辊的轴承多为四列圆锥辊子轴承，工作辊轴承在高速环境下工作，影响使用寿命。从使用角度来说影响轴承寿命的因素包括：安装不正确，两端安装轴承的轴面同轴度没有达到要求，轴承配合轴面粗糙度没有达到使用精度，润滑方式不合理，轴承游隙过大或者过小等。因此对影响轴承寿命的因素分析与研究十分必要。

关键词：轧机工作辊；轴承寿命；同轴度；粗糙度；游隙

板带冷轧轧机工作辊轴承需满足很高的使用要求，轧机生产线在日常生产过程中，工作辊内的轴承经常会被烧损，轴承一旦烧损，将导致产线停产，停产时间过长会造成一定的经济费用，使得成本增加。因此选用质量好的轴承，合理的降低轴承损坏率，减少故障停产，可以有效的提高轧机的工作效率。故国内外的许多冷轧厂选择质量较好的进口轴承（SKF，NSK，TIMKEN，FAG等），虽国内知名轴承厂（洛轴，瓦轴，哈轴，西北轴承等）生产的高速辊子轴承正在逐步追赶世界先进水平，但不可否认目前仍存在一定差距。

1 影响轴承寿命的相关因素

目前国产轧机生产线多采用六辊可逆轧机，多为五连轧，以某冷轧厂带宽1400精轧机为例，1580 线精轧机工作辊采用美国铁姆肯公司（TIMKEN） 进口系列轴承。该轴承的类型为四列圆锥滚子轴承，采用双列轴承。该类型轴承的组成部分为滚子、保持架，轴承内外圈以及相关组件，可承受径向载荷和轴向载荷，其中径向为主要受力方向。轴承外圈与轧辊辊径为间隙配合方式，安装时将轴承装入轴承箱内，然后再装入轧辊轴颈。冷轧轧机工作辊的轴承失效多数为轴承表面烧毁、断裂失效等非正常失效，其中主要与轧机高速和高油污的工作环境相关；另外对轴承不正确的安装、与轴承配合的轴和轴承座的加工精度不达标、及没有合理定期维护轴承等因素也严重影响轴承的使用寿命。轧机轴承属于高端精密部件，轴承工作环境十分复杂，包括高温下工作，高压水，氧化皮飞溅环境下，多种外部不利环境会促使轴承烧损速度加快，在对烧损轴承进行拆换时发现轴承内部损伤点多为内外圈辊道出现麻点，滚动体出现擦伤、裂纹等失效现象。

1.1 轴承安装不规范

轴承安装不规范会造成轴向震动大，有异响，过热量大，最终导致轴承烧损，而从实际应用上面来看，传动端的安装影响因素要大于操作段，轴承的安装是否规范直接影响轴承的使用寿命，专业技术人员对轴承的安装也是轴承使用安全的最基本保障，故必须对工作辊轴承进行科学合理的安装。由于四列圆锥辊子轴承直径、宽度大，工作辊轴承的安装较为复杂，需要分为几步：

1）轴承内圈与轴的热装，需要在轴承感应加热器上均匀加热至130度左右。轴承内圈与轴之间是过盈配合，因此轴承内圈必须热装；

2）轴承外圈和保持架由吊臂或行车吊入轴承座内，如果滚动体和轴承外圈方便拆卸就分别装外圈和滚动体；

3）轴两端分别插入两個轴承座内，调整间距；

4）安裝端盖，一端留出一定游隙，另外一端拧紧；

5）密封圈的安装；

6）调整止动垫片，拧紧锁紧螺母；

7）油气润滑的安装；

8）防锈油的涂抹。

在安装调整过程中还可以通过水准仪辅助轴承座的装配。

按步骤合理的安装，有效提高了轴承与轴、轴承座和端盖的配合精度，改善了轴承的工作寿命，使得生产的板材表面质量更佳。

1.2 轴和轴承座的加工精度不达标

轴承的内外圈配合面加工精度不高影响工作辊两端轴承的同轴度。精密冷轧轧机的工作辊工作时候的径向跳动不能超过0.05mm，否则不能很好地保证轧制板带的表面精度或者造成板带表面厚度不均，影响产品质量。与轴承配合的轴面和轴承座表面粗糙度必须达到1.6um，同轴度要求在0.02mm内，故辊子的精加工必须上磨床，轴承座的内表面精加工需要在数控镗床上进行。

1.3 轴承缺少合理定期维护

在轧制过程中，产生很大的径向力加上高速旋转常使工作辊轴承出现疲劳点蚀，甚至胶合，故需要对轴承进行定期检查和维护。轴承缺少定期合理维护加速了轴承的损坏，目前冷轧厂主要采用以下几个方式对轴承进行维护保养。

1）定期拆洗轴承，做详细记录；

2）定期检查辊子、轴承座的轴承配合面的尺寸精度，对超差的辊子进行修磨，修磨后的辊子继续使用，直到不能满足继续使用要求；

3）工作辊高速工作过程中，轴承保持架和轴承外圈会产生振动，长期工作外圈辊道会疲劳剥落，造成轴承失效。因此可以对工作辊两端轴承换位使用。

1.4 异物入侵轴承内部

当轧机工作时由于车间厂房内环境，轴承座密封失效等因素，常有异物进入轴承内部，导致轴承烧损，当有颗粒较大的异物进入轴承时异物会阻碍轴承内部的滚动摩擦，使得摩阻系数&增大，内部滚动摩擦力瞬时增加，轴承内部温度升高，甚至会导致滚动体，保持架断裂。当异物直径较小时，异物颗粒可能进入到润滑油中，润滑油是循环的集中润滑，从而导致异物颗粒循环到其他轴承中，影响更多的轴承，最终可能导致多个轴承发生失效作用。

2 改进措施

1）为轴承的使用编写技术标准和使用流程，是装配程序标准化，每个装配环境做好记录并及时进行检查，对轴承的转配要严格按照图纸要求进行公差范围内的安装。使用过程中调节轴承内部的游隙时可以提前给予轴承一定的预过盈量，同时注意调整轴承内外圈的轴向间隙，密封圈的安装要注意精密性控制，所有轴承装配完毕后必须要进行装后检测方可上轧机。

2）对工作辊压下量合理规范，对压下的载荷进行控制，合理的降低径向载荷。布置油路的离线检测装置，远程检测润滑油系统的油路通畅度和油的清洁度，及时反馈液压油的清洁度等级，对工作环境进行实时监控，保证轧机工作范围内工作环境的卫生整洁。

3）工人和技术人员在工作时，严禁佩戴手套，以防止手套中棉絮落入轴承内部，充分及时利用现场压缩空气气枪对辊子和轴承内部进行清理，吹风杂质，及时处理。

4）對主要轧机备件的尺寸进行严格检验，保证机械密封性的完好。对磨损超标的进行更换，防止冷却水等异物进入润滑系统。

5）确保设备良好的工作状态，处理所有轧机尤其是精轧区域联接轴托架的磨损部位， 彻底消除隐患。在轧机调整轧制中心线时， 连接好轧机后先将联接轴移至超过轧制中心线， 再反方向点动缩回 4mm 的间隙，减轻因联轴器在运动过程中对轧辊的轴向力冲击。

6）对轧机生产线进行跟踪，及时检测轧机各台组合设备的工作状态，对钢板的轧制的技术工艺合理优化，根据不同来料的材料和带宽编制合理的轧制流程，避免轧制过程中发生堆钢，断带等情况，都可以避免对轴承的损伤。

3 轴承游隙的选择和分析

所谓轴承游隙，即指轴承在未安装于轴或轴承箱时，将其内圈或外圈的一方固定，然后便未被固定的一方做径向或轴向移动时的移动量。根据移动方向，可分为轴向游隙和径向游隙。轴承游隙的选择和调整对轴承的滚动疲劳寿命、温升、噪声、振动及机械运转精度等性能都有影响。工作辊轴承的游隙过大会降低轴承的承载能力及轴承的寿命，产生冲击载荷，辊子会轴向窜动，影响板带的表面精度；轴承游隙过小会导致轴温升高过快，可能导致轴承滚动体卡死、轴承烧灼等现象。合理的轴承游隙能够提高轴承的使用寿命，游隙过小，可能导致轴承烧坏，游隙过大，轴承松动产生振动影响使用。因此在工作辊轴承的安装过程中，对轴承游隙的准确测量，以及游隙的调整时十分重要的。

测量轴承的游隙时，为得到稳定的测量值，一般对轴承施加规定的测量负荷。因此，所得到的测量值比真正的游隙（称做理论游隙）大，即增加了测量负荷产生的弹性变形量。但对于滚子轴承来说，由于该弹性变形量较小，可以忽略不计。

目前国内对工作辊以及支撑辊等的轴承游隙测量并没有明确的文件，目前主要是根据冷轧厂技术人员的经验进行评估。该方法由于操作人员不同会产生较大的差别。

对工作辊轴承游隙的测量就是测量端盖与轴承端的轴向距离。轴承游隙范围一般到0到1mm之间，且测量目标在轴承座内部因此很难准确测量。一般在轴承端面和端盖之间加调整垫片，然后扳手拧紧，用游标卡尺测量调整垫片的厚度值，该厚度值就是轴承游隙。

另外影响轴承寿命的其他非自然因素还有轴承的润滑情况（油气润滑与脂润滑各自优势的比较），冷轧机操作工人对轧机的操作等。

4 结论

工作辊轴承在冷轧机组生產中应用量大，直接关系到生产成本的高低。对该技术领域的知识及经验总结十分必要。游隙的大小的选择对轧机工作也有着重要影响，故有必要对轧辊的轴承游隙进行一项专业研究。现有技术可以对不同游隙的轴承进行有限元分析，比较不同游隙不同直径及型号的轴承使用寿命、失效形式。但是工作量很大，需要耗费大量人力与物力，因此我们还需要探讨更好的研究方法。

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作者简介：陈鑫（1988），男，湖北武汉人，硕士，助理工程师，主要研究方向为机械设计，工业机器人。