摘要：介绍一种依据轧制工艺规程确定1420mm 冷连轧机支承辊轴承实际工况及参数，进而准确计算四列圆柱滚子轴承及圆锥滚子轴承实际使用寿命的方法。关键词：冷连轧机；支承辊轴承；寿命 中图分类号：TG333.7+2文献标识码：B 文章编号：1673-3355（2011）02-0005-04
Calculation of Back-Up Roll Bearing Life of 1420mm Tandem Cold Mill Zhang Kang ，Hou Yunfeng
Abstract:This article introduces the calculation method,which is used to decide the actual service condition and technical data of 1420mm tandem cold mill back-up roll bearing according to rolling process,further accurately calculate the actual
service life of 4-row cylindrical roller bearing and tapered roller bearing.Key words:tandem cold mill;back-up roll bearing;service life
在冷轧板带生产线中轴承属于消耗较大且价格昂贵的配套件，其中又以轧机轴承最为突出。因此对轧机轴承寿命的研究十分重要。本文以1420mm 冷连轧机组中支承辊四列圆柱滚子轴承和双列圆锥滚子轴承为例进行研究并提出一种与实际情况相符合的轴承实际使用寿命的计算方法。
1支承辊轴承装配的种类
支承辊辊系由上、下支承辊装配组成。支承辊装配一般包括支承辊、操作侧轴承座、传动侧轴承座、轧辊轴承、密封、端盖、润滑原件等零部件。在支承辊装配中，除轧辊以外的主要部件就是轧辊轴承，不同的轧辊轴承配置决定了不同的支承辊装配结构。
油膜轴承的是轴颈在轴承中旋转时，被一层油膜与轴衬分隔开，在很高的压力下处于液体摩擦状态。轧辊在轧制过程中只需克服润滑油层之间很小的摩擦阻力。因此摩擦系数很低，摩擦力小，轴承寿命长，承载能力高，对冲击载荷的敏感性小，适合于高速轧制。但装配结构复杂，配套系统庞大，使用维护不便，总体成本较高（见
图1）。随着科技的进步，支承辊用四列圆柱滚子
轴承在摩擦、负荷、精度等指标上有了明显地提高，已经能够满足现代冷轧机的使用需求，因其装配结构简单，特别是更换支承辊时拆装方便，不仅降低了支承辊辊系制造成本，而且减少使用维护费用。在配置滚子轴承的支承辊装配结构中，有双侧止推轴承结构的支承辊装配，特点是结构对称、互换性强（见图2）；而单侧止推结构因为少了一个止推轴承，使整个支承辊装配的成本大大降低（见图3）。此外，因为油膜轴承的支承辊装配的联接键在高速轧制时会使支承辊产生波动，直接影响产品的精度。而用圆柱滚子轴承的支承辊装配是对称结构，不会产生上述波动现象。因此现在用户选择该种结构比较普遍。本文以1420mm 冷连轧机支承辊用四列圆柱滚子轴承和止推轴承为对象进行分析。
2冷连轧机组的工况及轴承寿命
2.1机组工况
1420mm 冷连轧机组是在常温状态下，将厚度为2.0~4.0mm 、宽为700~1250mm 的热轧低碳钢、
1.一重集团大连设计研究院有限公司工程师，辽宁大连
116600
2.一重集团大连设计研究院有限公司高级工程师，辽宁
大连
116600
1420mm 冷连轧支承辊轴承寿命计算
张康1，侯云峰2
10.3969/j.issn.1673-3355.2011.02.005
超低碳钢等钢种，经连轧机连续轧制成各类规格冷三极管自锁电路
轧带卷。机组的最大轧制力18000kN ，最大轧制速度1200m/min 。年产量63万t 。2援2轴承厂家给出的轴承寿命
轴承寿命与轴承载荷、轴承转速、材料疲劳极限、润滑情况等有着密切关系。专业轴承厂家是以一个假定的平均条件来确定轴承寿命。对四列圆柱滚子轴承而言，由于装配结构决定了其只能承受径向力，一般取当量动载荷为最大轧制力的75%作为载荷条件，轴承的工作转速以最大速度的75%作为转速条件；双列圆锥滚子轴承只承受轴向力，而轧机的轴向力一般不超过轧制力的5%，一般取当量动载荷为最大轧制力的5%作为载荷条件，以轴承的工作转速为最大速度的75%作为转速条件，由载荷和转速条件来综合代表轴承的全部工况条件，通过计算得到轴承的使用寿命。但由于上述载荷和转速条件几乎不可能同时出现，所以上述假设条件与实际情况有很大的差异。由于一个冷连轧机组生产多种规格的冷轧板卷，在轧制过程中轧制力和轧制速度各不相同，而且即使轧制同一规格产品，由于各机座压下率的不同，使各机座轧制速度也不相同，前面机架轧制力大，速度低，而后部机架轧制力小，但速度高。因此每个机座支承辊轴承的寿命也是不同的。可见轴承厂家给出的轴承寿命不能准确的反映轴承的真实情况，而必须以机组的典型产品规格为依据，具体分析轧机轴承的寿命。
2.3基本额定寿命的计算
依据ISO 281标准轴承寿命的计算公式如下：L 10=
C P
()
p
（1）
L 10h =16666
C
P
()
p
n
（2）
式中，L 10—基本额定寿命，指一大批相同轴承中
有90%在首次出现疲劳前到达或超过的寿命（106转）；L 10h —L 10定义相同（h ）；p —寿命指数，由于该机组轧机中使用的轴承是四列圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承，因此取p =103；P —单个轴承承受的当量动载荷
（kN ）；C —轴承的基本额定动载荷（kN ）；n —轴承工作转速（rpm ）。
由于工作中轧机的全部轧制力由支承辊两端的轴承承受，而四列圆柱滚子轴承只承载径向力，轴向力由圆锥滚子轴承承载，所以圆柱滚子轴承的当量动载荷P 就等于径向载荷，圆锥滚子轴承当量动载荷P 就等于轴向载荷。虽然轧制时支承辊两侧承受的轧制力不完全相等，但由于都在总轧制力的5%以内浮动，基本不影响计算结果。为了方便计算，圆柱滚子轴承的径向载荷就按轧制力计算，每个轴承承受的载荷为总轧制力的一半；圆锥滚子轴承的轴向载荷取轧制时的最大轴向力即轧制力的5%。
2.4修正额定寿命计算
依据ISO 281标准，轴承的修正额定寿命计算公式如下：
L nm =a 1a 2a 3L 10（3）式中，a 1—不同可靠性的修正系数，这里仍然用可
靠性90%来计算，即a 1=1（见表1）；a 2—材料性能的寿命修正系数，材料为标准轴承钢时，a 2=1；a 3—运转工况下的寿命修正系数，正常润滑时，a 3=1。
以小时为单位修正后额定寿命
为：L 10mh =16666L 10m n
。
图1油膜轴承装配结构
图2
配置双侧止推轴承装配结构
图3配置单侧止推轴承的装配结构
2.5冷连轧机支承辊轴承的寿命
该机组支承辊用四列圆柱滚子轴承的规格为Ø730mm ×Ø1030mm ×750mm ，专业轴承厂家给定基本额定动载荷：C r =24600kN ，基本额定静载荷：C or =58500kN ；支承辊用双列圆锥滚子轴承为Ø305mm ×Ø500mm ×200mm ，专业轴承厂家给定基本额定动载荷：C r =2240kN ，基本额定静载荷：C or =4650kN 。
在冷连轧生产线上每一个确定规格的产品都会对应一个轧制工艺表（见图4）。在轧制表中包含有轧
制力及轧制速度等重要工艺参数。由轧制表中的参数即可确定支承辊圆柱滚子轴承的当量动载荷，以及通过线性转换得到支承辊圆柱滚子轴承的工作转速。而从典型产品的轧制工艺表中取得需要的轴承工况信息后，便可计算出针对不同规格产品的支承辊圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承的理论寿命。由于一个确定的机组每年都有明确的产量目
标，而针对典型规格产品都有比较明确的比例要求。而支承辊圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承的实际使用寿命是对不同产品累积使用的总寿命，在轴承总寿命中必须反映出每一规格产品的轧制工况。所以在这里提出，支承辊圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承的工况应该是与典型规格产品对应的典型工况的叠加，又因为这些典型工况的比例关系与典型产品大纲的比例基本相同，所以与每一种规格产品相关的支承辊圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承的使用寿命在其总寿命中的比重是确定的。因此可以根据支承辊圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承的这些典型工况，先确定与每种规格产品对应的圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承的使用寿命，再将这些轴承寿命通过加权平均来确定支承辊轴承的总寿命，这样就能够将不同轧制工况反映到轴承的寿命中，使计算出的轴承寿命更能够接近真实情况。
这里以针对1#轧机的支承辊圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承为例，首先根据典型的工艺，及产品
表1可靠性的修正系数表
90DYW1
可靠性要求
(%)
扩展的修正额定寿命
L nm 寿命修正系数
a 1可靠性要求
(%)
扩展的修正额定寿命
L nm 寿命修正系数
a 190L 10m 1
99.4L 0.6m 0.1995L 5m 0.6499.6L 0.4m 0.1696L 4m 0.5599.8L 0.2m 0.12
97L 3m 0.4799.9L 0.1m
0.09398L 2m 0.3799.92L 0.08m 0.08799
L 1m
0.2599.94L 0.06m 0.0899.2L 0.8m 0.2299.95L 0.05m 0.077图4轧制工艺表
表3
圆锥滚子轴承寿命计算表
序号厚度规
格
(mm)宽带规
格
(mm)材料类别
1#轧机轧
制力(kN)
轧制速
度(m/min)
修正寿命
(h)产量比
例(%)
加权寿命
(h)123456789
1011121314┇ 2.0-->0.22.0-->0.22.0-->0.22.0-->0.2
2.3-->0.352.3-->0.352.3-->0.352.3-->0.352.5-->0.52.5-->0.52.5-->0.52.5-->0.52.8-->0.72.8-->0.7750900
10501200750900
10501200750900
10501200750900
222222222222228685.5
10846
12078.513760.59004.5
染料敏化太阳能电池
10773.51252814282.58874106141235414079.58859.510614210.4192.9175157.8269.5245220.5196.1305274.8244.3213.8328.3291.9
90710.09747183.10936330.33426089.33862795.23237989.3625527.19218543.5358253.16535596.21124139.89217839.62254414.65233510.924
866
2521.72251.9
1.451.45121.2
0.75
7256.8077532830.9865382179.8200266522.3346221255.904645645.8191206510.5438331
4635.8825131106.810139
516.1450635350.028********.754603
652.9758262251.3319337
序号厚度规
格
(mm)宽带规
格
(mm)材料类别
1#轧机轧制力(kN)
轧制速
度(m/min)
修正寿命
(h)产量比
例(%)
加权寿命
(h)123456789
条桶
1011121314┇ 2.0-->0.22.0-->0.22.0-->0.22.0-->0.2
2.3-->0.352.3-->0.352.3-->0.352.3-->0.352.5-->0.52.5-->0.52.5-->0.52.5-->0.52.8-->0.72.8-->0.7750900
旗杆基础
10501200750900
10501200750900
10501200750900
222222222222228685.5
10846
12078.513760.59004.5
10773.51252814282.58874106141235414079.58859.510614210.4192.9175157.8269.5245220.5196.1305274.8244.3213.8328.3291.9
66379.1981234527.3243626585.5566819091.4730345951.8543627799.5872818680.1091613569.6542842628.0924226048.3456817664.9208413054.5531739819.172324522.38915
866
2521.72251.9
1.451.45121.2
0.75
5310.33585
2071.6394611595.1334014772.868257919.0370871472.5929837373.6021832
3392.413571809.933756377.7010123256.14135221566.54638477.8300676183.9179186
表2
圆柱滚子轴承寿命计算表
大纲的比例，将必要信息汇总（见表2、表3）。通过表2中1#轧机支承辊圆柱滚子轴承与不同规格产品对应的轧制力和轧制速度，相应的修正轴承寿命及占产品大纲的比例，最终得到1#轧机支承辊圆柱滚子轴承平均寿命为32233h 。从表3中得到1#轧机支承辊圆锥滚子轴承与不同产品规格对应的轧制力和轧制速度和相应的修正轴承寿命及占产品大纲的比例，最终确定1#轧机支承辊圆锥滚子轴承平均寿
机器人 单片机命为23587h 。可见，上述计算结果均大于轴承厂家给出的轴承理论寿命。由于轧制时的轴向力不是一直保持在轧制力的5%，而是一般不超过这个值，所以支承辊圆锥滚子轴承的寿命要比计算结果还要大些。
3结语
该冷连轧机组轧机轴承寿命的计算方法充分考虑冷连轧机的工况环境产品规格对轧机轴承的寿命影响因素。其计算结果能够为用户生产管理和成本控制提供一定的帮助。
收稿日期：2011-01-26
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