・３１４
２００ｌ中国钢铁年会论文集
李友荣
刘安中
（武汉科技大学）
万晓丹许瑞璋
（武钢热轧带钢厂）
摘要４辊轧机工作辊轴承及支承辊止推轴承失效的主要原因是轴向力过大。辊系各轴线不平行引起辊子间有轴向相对运动的趋势，在轧制压力作用下该轴向相对运动趋势使辊子问产生轴向静摩擦力，这就是产生轴向力的主要原围。通垃调整机架窗口衬板和轧辊轴承座衬板，保持辊系各轴线的平行度，可显著降低轴向力。理论分析和实验研究都证明了以上结论。关键词四辊轧机轴向力轴承失效
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１工作辊轴承及支承辊止推轴承失效的主要原因
图１为４辊板带轧机辊系径向受力简图。轧制力Ｐ由工作辊身传递给支承辊，由支承辊油膜轴承承受。工作辊轴承（一般为四列圆锥滚柱轴承）径向只承受由平衡油缸产生的工作辊平衡力Ｎ，而不承受轧制力，工作辊平衡力Ｎ与轧制力Ｐ相比要小
得多（通常一端轴承所承受的平衡力Ｎ／２≈２％ｐ），
不会引起工作辊轴承失效。
轧制时作用于工作辊和支承辊的轴向力则分别由工作辊轴承和支承辊止推轴承承受。因此，轴向
眭最人：车友荣，教授，武汉（４３００８１）武汉科技大学，
力过大是造成工作辊轴承和支承辊止推轴承失效（俗称“烧箱”）的主要原因。轴向力过大还常引起用于轴向定位的锁紧板螺栓断裂，造成停产检修的设备事故。有的板带生产厂仅因由于轴向力过大引起的辊系轴承失效、锁紧板螺栓断裂等事故，而造成的设备检修费及停产损失每年就高达数千万元．
２轴向力产生的原因
尼龙扣工作辊的线速度Ｖ０及支承辊的线速度Ｕ分别垂直于各自的轴线。当工作辊轴线与支最辊轴线不平行时，工作辊身与支承辊身在接触处的Ｖ０与％方向不重合，在轴向产生相对速度Ｋ，如图２所示。
４辊轧机轴向力的生成机理度调控措施Ｐｆ２＋、迫Ｐ：！＋Ｎ２２
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日１４辊轧机辊系径向受力示意图
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图２工作辊身与支承辊身在接触处的线速度示意图
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在轧制压力作用下，由于弹性变形，工作辊身与支承
辊身之间将形成接触带，接触带上的压力呈抛物线
分布，如图３所示。
由于Ｋ。．与Ｕ的夹角通常很小，其轴向相对运
动速度Ｕ也很小，一般不至引起工作辊与支承辊
之间在轴向发生明显的相对运动，仅引起两辊在轴
向有相对运动的趋势，该相对运动趋势使两辊接触
带在轴向发生剪切变形，形成轴向剪应力。整个接
触带上的剪应力之和即为作用于工作辊与支承辊上
的轴向力，也就是工作辊与支承辊之间的轴向静摩
擦力。
对于热轧板带轧机，由于轧材金属在热态流动３ｊ５・
氢气压缩机 高压
性强．不易在上、下工作辊之间传递轴向剪应力。因此，轴向力产生的主要原因是工作辊与支承辊轴线不平行。作用于相接触的工作辊与支承辊上的轴向力一般大小相等、方向相反。
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图３工作辊身与支承辊身的接触带及其压力分布Ｆ珏３Ｐｒ瞄ｕｍｄｂＬｒ－ｂｕ“０ｎｉｎ卿恤ｃ１ｂａｎｄ
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。工作辊身与支最辊身的接触带；６一工作辊身与
点承辊身接触带截面上的压力分市
对于冷轧板带轧机，由于轧材金属在较低温度下沿轴向流动性差，且轧材厚度很小，能传递轴向剪应力．上、下工作辊轴线不平行也会产生轴向力，其轴向力形成的原因类似于工作辊与支承辊轴线不平行的情况，只是上、下工作辊之间的轴向剪应力是通过厚度很薄的轧材金属来传递的。因此，工作辊与支承辊轴线不平行以及上、下工作辊之间轴线不平行，都是冷轧板带轧机轴向力产生的主要原因。
３降低轴向力的主要措施
由以上分析可知，轴向力是辊系之间的轴向静摩擦力。静摩擦力之值界于零到最大静摩擦力之间，辊系之间的轴向相对运动趋势越小，则轴向静摩擦力就越小，作用于工作辊与支承辊上的轴向力也就越
小。影响辊系各轴线平行度的主要因素有：机架窗口与轧辊轴承座之间的间隙、两侧机架窗口中心线的偏移量、机架凸台处窗口中心线相对于窗口其余部分中心线的偏移量、轴承座两侧衬板相对于轴线的对称度等。可以通过调整机架窗口各衬板和轧辊各轴承座衬板来解决以上问题。使机架窗口与轧辊各轴承座之间的间隙保持较小的值，且两机架间及每片机架窗口上、下部分之间的间隙尽可能相近。只有在这种状态下，轧制时辊系各轴线之间才能保持平行，使辊系之间的轴向相对运动趋势减小，从而降低轧机轴向力。
钢一钢之间在有水（或乳化液）润滑情况下的最
・３１６２００ｌ中国钢铁年会论文集
大静摩擦系数为０１～０１２。因此，在最恶劣的状态下’车Ｌ机的最大轴向力最多可达到轧制力的０．１～０．１２倍，在设计轧机轴向定位装置（如锁紧板螺栓等）时，应按此载荷（即最大轧制压力的Ｏ．１～０．１２倍）进行设计，才能使轴向定位装置能承受任何工况下的轴向载荷。
４轧机轴向力的实验研究
４．１工作辊颈装配结构及轴向力传递路径
工作辊传动侧轴向是自由的，工作倒轴向受到约束。图４是工作辊工作侧辊颈装配示意图。当工作辊
受到指向传动侧方向的轴向力时，该力由卡在辊颈环形槽中的卡环经由调整环、锁紧环、四列圆锥滚柱轴承的内圈、滚柱、外圈传递给轴承座．轴承座通过螺栓将力传递给轴承端盖，轴承端盖通过凸缘将力传递给机架。
图４工作辊工作侧辊颈装配示意图
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Ｌ一机架；２一轴承座；３一工作辊；４—轴套；５一四列圆锥滚拄
轴最；６—锁紧环｝７一调整环；８一卡环；卜轴承端盖；ｌＯ～螺柱；１１一压力传感器；１２—锁紧板；１３—镬紧板螺栓
当工作辊受到指向工作侧方向的轴向力时，该力由工作辊的轴肩经由轴套、四列圆锥滚柱轴承的内圈、滚柱、外圈传递给轴承端盖，轴承端盖通过其凸缘将力传递给锁紧板，再经锁紧板螺栓传递给机架。
缘传递。因此，在上、下工作辊工作侧轴承端盖（或轴承座）两边凸缘的上、下方内外侧各安装一个压力传感器。由于凸缘外伸部分宽度较小，因此将压力传感器设计为长方形断面，沿凸缘铅垂方向尺寸较大，沿凸缘外伸方向尺寸较小，以便增加压力传感器的承载能力。在上、下工作辊工作侧轴承端盖两边凸缘的上、下方内、外侧各加工一个长方形盲孔，每个长方形的压力传感器（图４）用两根Ｍ６螺栓固定在凸缘盲孔中。压力传感器的顶面比凸缘表面高２ｒｎｎ・，这样轴向力就全部经由压力传感器再传递给轴承盖凸缘。每个工作辊工作侧轴承盖凸缘每侧的两边上下方共装４个压力传感器，上下工作辊工作侧轴承盖凸缘两侧总共安装１６个压力传感器。
４．，实验结果分析
机架窗口村板和轴承座衬板调整前后都进行了轴向力测试实验。调整前，辊系各轴线平行度较差，作用于工作辊的轴向力较大，为轧制压力的３．４％～８．５％。工作辊轴承受到的轴向力远大于所受的径向力，经常发生轴承失效（挠箱）或锁紧板螺栓断裂事故。被迫停产检修，造成巨大的经济损失。
调整后，辊系各轴线的平行度较好，作用于工作辊的轴向力较小，为轧制压力的Ｏ．８％～２．Ｏ％。工作辊轴承受到的轴向力小于所受的由平衡缸产生的径向力，再也没有发生轴承失效（烧箱）或锁紧板螺栓断裂事故。
５结论
理论分析和实验研究表明，造成工作辊轴承及支承辊止推轴承失效（烧箱）的主要原因是轴向力过大，辊系各轴线不平行是产生轴向力的主要原因。通过调整机架窗口村板和轧辊轴乐座衬板，使辊系各轴线在工作状态下保持平行，可显著降砥轴向力，减小因轴承失效（烧箱）等事故造成的设备检修费用及停产损失。
４．２传感嚣及其安装位置ｌ
从上述轴向力传递路径可知，无论指向哪个方
２向的轴向力都需经由轴承盖（有的轧机是轴承座）凸
参考文献
李友荣．１７（Ｊ０４辊可逆＿式板带租轧机工作辊轴承载荷谱分析武汉钢铁学院学报，１９９５（３）
王。．Ｂ脚ｐ哪ｆＫＰ搿ｎ川，０呻呵ｙｃＩＵⅢ☆ＢＢａＪⅡｃ０丑嘣ｃ¨Ｔｅ憎Ⅱｐｏ趾ｍｂⅨＨｍＴＢ☆Ｋ瞳ｐ阳．Ｈ３Ｂｙ３Ｉ皿三ｐＨＡ冠ｌⅦＥ１猢一卯）ｎ明，１９８１（１０）
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