铝铸轧机轧辊轴承损坏原因分析与改进_周德刚.pdf

设备管理与维修2023 5（下）落轮车床的技术升级，验证了摩擦主传动装置、外轴箱支撑装置和轴箱压下装置改进的技术思路，减少人工操作的步骤和工作量，积累改型车床的升级改造经验。在两个机务段，升级改造后的数控不落轮车床投入使用 12 年时间，现场反映良好，完全满足机车检修要求，节约了设备投资成本，具有明显的经济效益和推广价值。编辑张韵序号项目参数1同一转向架轮径差0.30 mm2测量圆上的径向跳动量0.10 mm（提升 0.10 mm）3轮廓几何偏差0.20 mm4轮廓加工表面粗糙度 Ra12.5 m5车轮多边形低阶峰值20 dB高阶峰值0 dB表 7加工精度序号项目参数1等效锥度（相对等效锥度标准轮）5%2径跳测量精度0.05 mm3车轮多边形（相对车轮多边形标准轮）高低阶多边形阶次一致4峰值偏差3 dB5轮径测量精度0.1 mm6内侧距测量精度0.2 mm7端面跳动测量精度0.05 mm表 8测量系统精度0引言随着铝加工产品的不断发展，铝铸轧产品也在不断转型升级，由以前的低轧制力窄幅产品转向高轧制力宽幅的合金，铸轧铸嘴厚度不断减少，最终导致轧制力越来越大，设备所能承载的负荷也越来越接近上限范围，特别是轧辊轴承使用寿命越来越短，给铸轧机的生产带来巨大损失。1轴承损坏分析1.1现状调查近期一些铸轧机发生了铸轧辊轴承损坏的情况，以其中一台为例：轧辊尺寸为 960 mm1900 mm/820 mm1800 mm，生产速度约 7501300 mm/min，目前驱动侧和操作侧使用的最大轧制力单边 7500 kN，系统压力单边小于 23 MPa。运行约 14个月后，上工作辊操作侧出现轴承装机出现异响，停机检查后发现轴承滚动体破裂，出现损坏情况的是目前在用的国产双列圆柱滚子轴承和四点接触球轴承（图 1）。对轴承进行拆套，检查后发现：轴承一侧多颗滚子破裂；内圈一侧小挡边有多处破裂，与破裂滚子位置对应（图 2图 3）。1.2原因分析对该轴承在 7000 kN 和 3500 kN 下进行受力分析，结果如图 4 和表 1 所示。其中，LC_pH_max 表示接触承载最大的载荷，pH_max、pH_max_IR 和 pH_max_OR 分别为最高载荷接触压力、内圈最高载荷接触压力和外圈最高载荷接触压力。（1）内圈出现金属颗粒物压伤表面磨损（图 5）。内圈（硬度5860 HRC）表面出现垫伤是轴承常见的损坏方式之一，成因有两个：一是油脂不良或混入了异物杂质；二是保持架磨损后碎屑留在滚道内，造成持续研磨直至出现垫伤。（2）滚珠之间有金属片状粉末（图 6）。考虑到金属片状粉末的量非常大，并且新轴承出现该现象的程度较为轻微，可以判断是黏着磨损，轴承工作面上的金属呈很薄的碾压层脱落。造成这摘要：以铝铸轧机轧辊轴承为对象，通过对损坏部位的现场调查，从结构设计、材料、装配要求、使用环境等方面分析铝铸轧机轧辊轴承的损坏原因。通过改进设计、材料，完善提高装配要求及维护保养等措施，有效解决轴承损坏问题，延长轴承使用寿命。关键词：轧制力；轴承保持架；结构设计；装配要求；维护保养中图分类号：TH133.33文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.05D.47铝铸轧机轧辊轴承损坏原因分析与改进周德刚，杨宝洲，周根荣（乳源东阳光优艾希杰精箔有限公司，广东韶关512721）图 1轴承滚动体破裂图 2轴承滚子碎片图 3内圈小端面挡边破裂108设备管理与维修2023 5（下）种问题的原因有，材料疲劳或材料有缺陷、热处理不当、冲击载荷过大、组装时机械损伤等。（3）使用时间较长后滚珠（硬度约 62 HRC）出现表面磨损（图7）。滚子磨损通常属于正常的使用磨损，疲劳失效，但该滚子表面出现了条状磨损的剥落现象，这是由滚动体表面的垫伤造成的。而此垫伤是由滚动体与保持架摩擦，造成保持架上掉落的铁屑导致的，其他原因还有外圈材料不合适、保持架结构不好、滚动体运行状态不稳、滚子本身硬度不够等。（4）外圈开裂、外圈侧挡边开裂（图 8）。断裂一般是由于外加载荷超过材料强度造成的，从外圈的径向裂纹分析，这是典型的材料缺失断裂，也就是说材料可能不是渗碳钢。这种断裂现象的主要原因有两个，一是轴承外圈材料本身有缺陷，不是渗碳钢材料；二是过载，由于径向游隙的消失而产生的径向干涉，或运行过程中过度的倾斜，造成轴承保持架与滚动体之间的载荷过大。1.3制定措施（1）轴承内圈出现金属颗粒物压伤表面磨损：这是由于油脂不良、混入异物杂质或保持架磨损后碎屑的残留导致的，应定期对轴承进行拆卸清理，以维持其洁净的运行环境。（2）金属片状粉末存在于滚珠之间：这是轴承滚子的保持架选型不正确造成的，生产方面选用更优质的轴承和更严谨的工艺，改进轴承结构（滚子数目、大小、游隙等）增大对冲击载荷的承受能力，使用方面应考虑更合适的型号，采用整体保持架或采用支柱保持架。（3）滚子出现表面磨损情况：滚子磨损属于正常工作磨损，但是滚子出现条状剥落现象，则是滚动体垫伤导致，应采用整体保持架或支柱保持架，且略微增加滚动体的硬度，改进结构（滚子数目、大小、游隙等）增大对冲击载荷的承受能力，注意润滑。（4）轴承外圈开裂、外圈挡边开裂：这是外加载荷超过材料强度造成的，应选用渗碳钢材料的轴承。渗碳钢具有高硬度和高耐磨性的特点，且在使用运行中应尽量避免过载冲击载荷。总结上述 4 类损伤改进措施可知，双列圆柱和四点接触轴承出现的损伤问题，主要原因是轴承材料和轴承选型不当；滚动体表面的垫伤是保持架上的铁屑掉落导致。另外还有轴承材料硬度不足、保持架结构不好、滚动体运行状态不稳等其他原因。因此，应考虑铸轧机载荷问题，轴承材料首先应确保使用渗碳钢，并调整轴承滚子硬度、保持架结构，增加轴承外圈刚度及轴承游隙，同时应保持轴承使用时润滑良好，且定期拆卸轴承，轴图 6滚珠之间存在金属片状粉末图 7滚珠表面磨损图 8外圈及外圈挡边开裂图 4轴承在 7000 kN 和 3500 kN 轧制力下的计算结果N/mm2表 1接触计算总结轧制力/kNpH_maxpH_max_IRpH_max_ORLC_pH_max70002601.72601.72432.62601.735001838.41838.41681.01838.4图 5内圈出现金属颗粒物压伤及表面磨损109设备管理与维修2023 5（下）向换向使用。2铸轧辊轴承的改进2.1轴承改进方案（1）材料：选用进口 TIMKEN3311 渗碳钢材料，确保轴承不发生破裂现象，提高使用寿命。（2）保持架结构：改用一体式结构保持架，保持架材料由铸铁件改进为铜，增强轴承整体承载能力，减少磨损产生碎屑。（3）圆柱滚子：改进两列滚子等宽，避免滚子滚动状况不良，与内外圈产生滑动摩擦，提高滚子承受能力（可以将普通的黄油更换为带极压润滑的二硫化钼锂基脂）。（4）游隙调整：严格控制轴承的内部游隙，保证使用时的工作游隙，增大滚动体的承载区域，提升轴承整体的承载能力。（5）配合方式：考虑轴承负载的性质，内圈采用大过盈配合的模式。改进后，轴承的径向承载能力显著提高，预计静载荷可达12 000 kN，完全能够满足使用要求。2.2装配前检查（1）检查各轧辊两端定位端盖、轴承内环在轧辊上是否有转动，如有则应处理后再使用。确认铸轧辊轴承箱内轴承是否有晃动，如有也应处理后再使用。（2）检查轴承箱内套外侧内挡肩端面是否有摩擦痕，以及轴颈内圈的辊体面、轧辊两端定位端盖、各段轴套是否有磨损，如有则更换宽度合适的定位隔套或端盖，直至调整到规定的轴向间隙为止。检查铸轧轴承内壁、轧辊轴承位、挡圈内壁有无伤痕，先用砂纸或抛光机从箱体内向外清理轴承箱内孔表面的尖角或毛刺，再用清洗油或杂质油清洗箱体内孔及压盖表面，用干净软物体擦拭无异物为妥。（3）检查轧辊辊面、轴承箱及轴承各部分是否有缺陷。（4）检查轴承箱内滚子轴承处是否有淡黄色润滑油，如无油或油太少则应进一步检查并分析原因。（5）检查轧辊车床或磨床工序后吊装运输和放置后轧辊辊面是否完好、有无划伤磕印等，确认一切无误后方可装配轧辊。2.3安装要点2.3.1轴承装入箱体（1）先用砂纸或抛光机从箱体内向外清理轴承箱内孔表面的尖角或毛刺（特别是内挡肩端面）。再用煤油清洗箱体内孔及压盖表面，用干净软物体擦拭无异物为妥，并在内孔表面涂抹油。目的是在安装轴承时，外组件易推入箱体，且使表面污染物不易进入轴承内。（2）双列圆柱滚子轴承安装在近辊身侧后，再安装四点接触球轴承。其中，检测轴承端面距箱体端面 4 个位置轴向深度的平均值为 H，四等分检测压盖止口深度的平均值为 h，h-H 应满足-0.050.10 mm。（3）轴承安装测试回转后，2#锂基脂填装量不小于轴承内有效空间的 70%。（4）先连接端盖预紧螺钉，待箱体安装在辊颈上试回转后再预紧端面预紧螺钉，并校正四点接触球轴承。2.3.2双列圆柱滚子轴承内圈采用热膨胀法加热安装时，一般采用热油浴加热，该轴承内圈经特殊热处理，油温要求高于 130 且小于 150，保温 2 h，需快速推进到辊径上停留 3 min 以上，轴承内圈才可抱紧辊颈。如果使用电磁感应加热推进安装，温度设置应小于 150，并且安装后需经退磁处理。2.3.3轴承箱装入辊颈（1）轴承箱装辊之前，先将轧辊辊颈面擦干净，均匀涂抹润滑油。（2）首次装辊时不能预紧轴承箱外侧螺钉，等轴承箱推进到位后方可预紧，以避免干涉止推轴承的运行。（3）将轴承箱体装入辊颈时，轴承箱孔的中心位置尽量与轧辊的中心位置水平一致（不允许出现交叉现象），可将轴承箱轻松安装到辊颈上。将轴承箱体安在辊颈上，沿周向转动大于 90三次以上（试回转），再将预紧装置的螺母预紧牢固，以防止止推轴承内径出现打滑现象。不允许将预紧装置的锁紧螺母牢固后，再回调以安装防松端面定位键。2.4维护与保养检查密封唇口是否有破损，辊颈密封止口表面是否有磨损或磕碰伤。如果密封破损则应立即更换，止口面有磕碰伤的应进行修复。（1）双列圆柱滚子轴承每次使用前，均需补充适量的新油脂，以确保在使用周期润滑充分有效。（2）油脂更换要求：用过轴承箱体内存留的润滑脂装辊前需检查，用手摸是否存在金属颗粒等污染物，若有金属颗粒物，应用不起毛线的干净布擦洗干净，或用压缩空气吹干净，再用煤油清洗后，更换新的 2#锂基脂，同时更换载荷区。（3）为满足轴承使用寿命要求，更换轴承载荷区会使轴承使用寿命延长 23 倍。载荷区：当轧制力为 1120 t（单侧压力为560 t），轴承使用寿命约 3.4 个月，双列圆柱滚子轴承每使用 2个月后更换载荷区，更换顺序沿外圈周向一次按 0、180、90、270载荷区更换；当轧制力为 960 t（单侧压力为 480 t），轴承使用寿命约 5.7 个月，双列圆柱滚子轴承每使用 4 个月后更换载荷区，更换顺序沿外圈周向一次按 0、180、90、270载荷区更换；在主轴承更换载荷区时，止推轴承拆卸后需轴向对调安装面，以保证非受力侧滚道承受轴向力。（4）轴承箱存放时，两侧需用塑料薄膜将两侧端盖密封好，以防灰尘、水汽进入轴承内，污染或腐蚀轴承。3结束语本文对于铝铸轧轧辊轴承损坏的原因进行深度剖析，找到根结所在。根据受力分析，重新对轴承结构及材料进行优化，提高了轴承的承载能力，同时在轴承装配要求、维护保养方面也进行优化，最后将这些措施进行标准化规范，保持常态化管理，从而延长轴承的使用寿命，每年可节省维修费用约 58 万元。参考文献1马永权.轧辊轴承烧坏原因分析与处理 J.中国西部科技，2019（22）：20.2潘伟龙.某核岛主抽气系统离心风机轴承故障分析与处理 J.设备管理与维修，2021（5）：48-50.编辑吴建卿110