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轧机油膜轴承应用探讨

2024-02-10 12:06

  小于其临界值。临界最小油膜厚度决定于锥 套的弹性变形、锥套衬套之间的同轴度和工 作面粗糙度。hmin 随轴承速度增加而加大,随 外载荷的增加而减小。

  油膜轴承装备于轧机的轧辊和轴承座 上,主要由径向承载件、轴向承载件、拆装 装置、密封装置及其它六部分组成(参见图 2)。径向承载件是衬套和锥套,衬套固定于轴 承座中,锥套随轧辊一起旋转。轴向承载件主 要由止推轴承及其相关零件组成,用来承受 轴向力。拆装装置实现轴承组件从轧辊上的 快速拆装。密封装置的作用是防止润滑油外 漏以及冷却水、氧化铁皮等污物侵入轴承。

  油膜轴承作为轧机的核心部件,其运转 的精确性和稳定性不仅与轴承本身结构精度 有关,而且轧机相关机构(如轧辊、轴承座、 弯辊装置、压下装置等)、轧制制度及润滑系 统、润滑油等的改变或故障都可能影响到油 膜轴承。

  动压轴承承载能力 P 与轴承滑动速度 V 的关系如图 1 所示,当 VV0 时,轴承滑动速 度越高脉动无级变速,承载能力越大。当 VV0 时,滑动速 度越高,发热越大;温升越高,润滑油粘度 降低,承载能力降低。 2.4 最小油膜厚度

  由式(1)可知,在其他条件不变的情况 下,最小油膜厚度 hmin 愈小,轴承承载能力愈

  度虽由轧机压下装置确定,但轧辊轴承油膜 的厚度若发生变化,也会改变开口度而影响 产品的质量,尤其是对于轧制 0.1 ㎜以下的 很薄的钢带时十分重要。所以要求油膜轴承 油的粘度能保持稳定,才能使油膜厚度均匀 不变。

  对润滑油的选择原则是,轧制压力高、 轧制速度低的轧机,选用粘度高的润滑油; 轧制压力低、轧制速度高的轧机,选用粘度 低的润滑油。对于油膜轴承规格相同的不同 机架(这种情况只出现在连轧机组中)含油轴承,可利 用润滑油品和轴承间隙的匹配来适应不同的 轧制制度。但最理想的选择是选择相同的润 滑油品和相同的轴承间隙锯条,并能满足不同的 轧制制度的要求,这样可简化轴承机构和润 滑系统的配置,节约投资及管理成本,零件 的互换性强。 2.3 轴承间隙的选择

  油膜轴承要求油品本身具有较高的粘度 指数,一般不应低于 90,使其粘度随温度的 变化尽量减小。轧机在工作中要求有稳定的 轧辊开口度才能保证轧材的厚度公差。开口

  油 膜 轴 承 的 进 油 温 度 应 保 持 40 ℃ ± 2℃,回油温度不得高于 65℃,油膜轴承工 作区域的平均温度不得高于 75℃。

  润滑油粘度的改变直接影响轴承的承 载,但即使高品质的油膜轴承油,当温度变 化时,其粘度变化也很大。以 N680 为例,在 40℃时,其运动粘度为 680cst,在 46℃时, 其运动粘度为 680cs(t 相当于 N460),在 46℃ 时,其运动粘度为 680cst(相当于 N460), 在 52℃时,其运动粘度为 680cst(相当于 N320),在 59℃时,其运动粘度为 224cst(相 当于 N220)。油膜轴承润滑系统中配置的冷 却和加热装置,应最大限度地保持油温恒定。 4.2 压力控制

  油膜轴承的油膜厚度随着轧制压力和轧 制速度的变化而变化,不同速度和压力条件 下油膜厚度将不同(特别是加减速时油膜厚 度的变化)。随着速度的提高,油膜厚度加大 而使辊缝变小,使带钢变薄。这将对轧件的 轧后厚度造成影响。因此,再轧制过程中需 要根据实际轧制压力和轧辊转速,计算出油 膜厚度的变化量,然后调节压下对油膜厚度 的变化进行补偿,消除其对轧出厚度的影响。

  油膜轴承稳定、精确的运转,不仅提高 保证轴承乃至整个轧机运行的可靠性,而且 可以减小轧辊偏心咽喉母圆,从而提高轧材的板厚精 度。

  油膜轴承锥套、衬套的同轴度、锥套键 的位置、轧辊辊颈精度、轴承座精度等均可 能引起轧辊偏心。 3.2.1 轧辊精度

  轧辊与锥套固定方式一般采用键连接异步电动机, 其内孔为锥面,外圆为工作面。锥面锥度为 两种:1:5 和 1:5.647058。锥套内锥面和 轧辊外锥面为间隙配合,锥度公差≤0.03mm。 如果锥面间贴合不好,油膜轴承组件安装不 到位,会影响到轴承的刚度及密封性能。 3.2.2 轴承座精度

  由式(2)可知,承载区的油流量 Q1 与 轴承滑动速度 v 有关。 v 增大,Q1 随之增大; v = 0,Q1=0。

  轴承相对间隙δ ,主要是根据载荷和速 度来选取。速度越高,δ 值越大;载荷越大。 δ 值越小。对于重载、低速轴承,δ 取小值; 对于轻载、高速轴承,δ 取大值。δ 一般为 轴承工作直径的 1‰。由于轴承的相对间隙 关系到轴承的温升、油膜厚度、压力分布、 润滑油耗量等,故推荐值为 1‰,最大 1.33‰,极限值为 2‰[2]。δ 还与轴承大小、 轴承减摩材料、轴的刚性等有关,选择时应 综合考虑。 2.3 轴承的滑动速度

  由于油膜轴承本身没有自位性,而轧辊 又在较大的弯曲条件下工作,轴承受力的不 均匀性,急剧降低轴承寿命。为改善这种情 况,必须使轴承座具有自动调位的性能。上 支撑辊轴承座的自位性是靠与压下螺丝端部 的球面接触来达到,而下支撑辊轴承座的自 位性是靠把下部做成弧形来实现。如果轴承 座球面部分磨损严重,会使油膜轴承沿轴线 油膜厚度补偿

  要充分发挥油膜轴承承载能力大、运转 精度高、使用寿命长的优点,首先应根据轧 机特点和要求进行轴承设计选型以及轴承 座、轧辊、润滑站的配套设计,在日常的使 用维护中还应参数指标。

  [1] 欧光辉,喻飞鹏等.板带车间机械设备设计.北京:冶金工业出版社,1983 [2] 郭溪泉,李树青.轧机油膜轴承.北京:机械工业出版社,1992

  由于轧机的结构不同、工作制度不同, 对应油膜轴承的参数和结构、使用维护方式 也不同。依据轧机本身的结构特点和工作制 度合理设计油膜轴承,并科学的使用维护, 才能使油膜轴承的功能得到最大发挥。

  轧机的方案设计完成之后,根据轧机的 工作制度、轧辊尺寸、牌坊窗口尺寸、自位 装置、轴向固定方式以及其他一些要求,可 以初步确定油膜轴承基本参数,包括几何参 数、运动参数、物理参数等。通过对轴承承 载能力计算分析,不断地修改、调整各参数, 使之在实现具体工况的前提下,达到各参数 的最佳匹配。

  油膜轴承的进油压力应保持在 0.1MPa ±0.02Mpa 范围内,不得在低于 0.08Mpa 或 高于 0.15Mpa 下工作。压力过低,轴承得不 到足够的润滑油,影响承载和散热。压力过 高,密封负荷增大,可能会引起漏油。 4.3 供油量

  进入油膜轴承油,使某些添加剂水解而失效。 并可能形成紊流,破坏正常运转下的流体润 滑,引起非正常磨损,易锈蚀设备,使油乳 化而恶化分水性,抗氧化性和抗泡性相对运动。另外, 水与油品使用中产生的氧化产物和油泥,形 成胶状油团,可能堵塞。

  轧机油膜轴承采用循环润滑供油。所谓 循环润滑,是指润滑油不间断地从油箱出来, 经过一系列润滑元件和进油管路进入轴承, 再从轴承的缝隙间流出去,最后回到油箱。 油膜轴承的润滑系统与轴承本身一样重要, 不正确的设计和维护会导致轴承寿命急剧的 缩短。

  润滑系统由贮油装置—油箱,动力装置 —泵和安全阀,过滤装置,温度控制装置, 压力调整装置—压力罐、系统压力控制阀、 减压阀,水分检测器,供油喷嘴以及其他管 路附件组成,用以保证润滑油以确定的粘度, 恒定的温度和一定的流量输送到油膜轴承上 进行润滑,使油膜轴承自始至终保持在全液 体润滑状态下工作。 4.1 温度控制

  轧机油膜轴承工况极为恶劣,一方面速 度和负载变化大、冲击振动大、有些轧机正、 反转频繁,使动压油膜形成难以稳定,易造 成干摩擦或边界润滑,损伤轴承;另一方面 在冷却水飞溅、氧化铁皮多、环境温度高等 条件下工作,外界污染物(水、水汽、粉尘等) 不可避免地进入润滑系统,使油质污染,甚 至乳化,降低了油膜强度,易损伤轴承。水

  轴承座内装有衬套和锥套。为满足轴承承 载和稳定运行,轴承座的宽度 B、承载面高 度 H1、回油孔高度 H2、内孔径 D 都应满足油 膜轴承承载的基本设计要求。如果 B、H1 太小, D 偏大或变形严重,轴承座的整体刚性较差, 会对轴承的承载及寿命有一定的影响。由于 油膜轴承入口压力仅为 0.1MPa±0.02Mpa, 接近常压,进入轴承内部的润滑油基本是靠 自重返回到油箱,如果回油孔高度 H2 太小, 可能会造成回油不畅,从而导致泄漏阻封。

  轧机油膜轴承,按油膜形成机理分,有 纯动压油膜轴承和静-动压油膜轴承两种。纯 动压油膜轴承工作时利用流体动压理论,当 固定在轴颈上的锥套以一定速度旋转时,在 锥套)和轴承衬套的工作区域形成一个完整 的压力油膜,使金属脱离接触,形成纯液体 摩擦。静-动压油膜轴承是在纯动压油膜轴承 的基础上配备有静压功能,当轴承转速小于 某一临界速度时或外载荷超过动压油膜压力 时,向轴承内部通入高压油以维持轴承的正 常运转。

  承的间隙变化是以平方关系来影响轴承的承 载能力,只有尺寸精度高,才能达到设计要 求。

  油膜轴承必须具有非常光滑的工作表 面。由于在轴承表面形成的压力油膜很薄, 最小时只有几十个微米。如果工作表面很粗 糙,微观不平度的峰值部分将发生接触,油 膜会破坏。 3.2 油膜轴承的运转精度

  摘要:油膜轴承广泛于各种板带轧机上,合理的选型和正确的使用对提高轧机运行的稳定性和轴承寿命十 分重要。本文就油膜轴承的基本参数、精度和润滑等方面的问题进行了讨论。 关键词:油膜轴承;精度;润滑

  油膜轴承是一种以润滑油为介质的滑动 轴承,作为承载元件,广泛应用于中厚板轧 机打码机、热轧机、冷轧机等各种板带轧机上。由 于轴承旋转时只需克服润滑油之间很小的内 摩擦,因此摩擦系数很小,只有 0.003-0.008。 在合理的结构设计、正常的工作条件、细致 的维护保养下,油膜轴承的使用寿命一般可 达到 10 年以上。