冶金軸承應用技術——軋輥頸軸承的正確安裝與維護

 一、引言 

     軋機被公認為最具挑戰(zhàn)、最苛刻的軸承應用場合。 在眾多軋機關鍵部位，軸承都會處于重負載、沖擊載荷、低轉速、高溫以及高污染的運行環(huán)境。軋機設備中的軋輥頸軸承，可以說是軋機的心臟，正是由于這種苛刻1928 年鐵姆肯公司Harrsion 鋼鐵廠的運行環(huán)境導致了對高性能軸承的需求。只有高性能的軸承才能確保軋機在極端惡劣的環(huán)境下也能最大限度地連續(xù)運轉，從而減少停機時間幫助客戶降低成本創(chuàng)造價值。軋頸輥頸軸承安裝與維護不僅延長軸承以及軋機其它部件使用壽命，而且可提早預防軸承失效所導致的嚴重故障，從而避免出現(xiàn)突如其來的高昂停機損失。為此在使用軋輥頸軸承的過程中，應重視其安裝與維護的技術要求，并遵循軸承相關的操作規(guī)程。

圖1：鐵姆肯公司 Harrsion 鋼鐵廠今貌

    作為一家全球領先的軸承制造商，也是世界第一家生產(chǎn)鋼材的軸承制造商，鐵姆肯公司早在上世紀20年代就開始進行純凈鋼材生產(chǎn)，通過親手操作軋機，鐵姆肯公司對冶金行業(yè)有著深刻的了解，也深知鋼廠客戶對軸承產(chǎn)品和服務的需求，并開發(fā)出適用于軋機及其輔助設備的眾多相關產(chǎn)品與服務。針對廣大用戶在實踐操作軋輥頸軸承產(chǎn)品過程中較為常見的問題，本文將以鐵姆肯公司四列圓錐滾子軸承、及雙列圓錐軸向止推軸承為例，來介紹軸承的基本特點、安裝與維護中需要注意的關鍵問題。

         圖2：熱連軋四輥軋機

二、軋輥頸軸承基本特點 

圖 3 TQOW 與2TDIW 結構形式 

    軋機工作輥軸承較廣泛選用四列圓錐滾子軸承，四列圓錐滾子軸承自身可承受徑向與軸向復合載荷。因此，軸向力較小的工作輥可直接選用四列圓錐滾子軸承承受徑軸向載荷。對于較大軸向力，精度較高，或有軸向竄輥要求的應用，工作輥軸承一般添加額外軸向止推軸承來分擔徑向軸承受力。

   鐵姆肯公司直孔四列圓錐滾子軸承目前主要有兩種結構形式，即TQOW、2TDIW 結構形式，主要用于工作輥徑向位置支撐。這兩種類型的軸承內(nèi)圈均為直孔、預設內(nèi)部游隙、潤滑油由外圈隔環(huán)進油孔與油槽進入軸承內(nèi)部，軸承滾子采用面對面安裝形式。TQOW 與2TDIW結構形式的區(qū)別主要是：TQOW 型軸承外圈由兩個單外圈、一個雙外圈與兩個外圈隔環(huán)組成，而2TDIW 型軸承外圈由四個相同單外圈與三個外圈隔環(huán)所組成。對于同一系列并相同滾子數(shù)量的 TQOW  或 2TDIW  結構形式，軸承的承載能力相同。

   2TDIW 結構形式可通過增加一個外圈隔環(huán)，可調(diào)整內(nèi)圈隔環(huán)寬度使整個軸承內(nèi)圈寬度公差控制在較小范圍內(nèi)。軋機越來越廣泛采用不可調(diào)整式軸承內(nèi)圈鎖緊裝置替代原螺旋螺母裝置設計，2TDIW結構形式四列圓錐滾子軸承越來越廣泛選用。2TDIW除了控制軸承內(nèi)圈寬度公差的優(yōu)點外，還采用四個單外圈結構更有利于軸承在承受彎輥力時起到自偏心的作用，使軸承所受應力分散，從而避免軸承局部應力集中。圖3 所示TQOW 與2TDIW不同結構形式。

   在軸向載荷較大的軋輥系統(tǒng)中，如軋輥軸向竄輥系統(tǒng)，為獲得理想的軸承性能，通常需要額外止推軸承。由于軋輥軸向載荷具有雙向性或方向很難判斷特點，通常止推軸承選用雙列結構形式。鐵姆肯公司擁有自主設計專利的止推雙列滾子軸承TDIK  已被廣泛地用于支撐輥 、工作輥軸向位置支撐。該類型軸承接觸角大，K 系數(shù)低，內(nèi)圈有鍵槽防止跑圈，另外軸承外圈可以預裝彈簧裝置，如圖4 所示該軸承結構。軋輥軸向載荷及其作用方向會導致止推軸承單列承載，另外一列軸承滾子會處于不受力狀態(tài)。在軸承的使用中，載荷過低、沒有載荷或過大， 軸承均會提早損壞。TDIK 軸承外圈預裝彈簧產(chǎn)生的預緊力可確保不受力端滾子與外圈滾道緊密貼合，避免不受力端滾子在運轉過程中出現(xiàn)歪斜、打滑、撞擊保持架等情況，最終導致保持架斷裂，軸承提前失效。

   三、軋輥頸軸承的安裝

   圖 4 軸向止推TDIK 結構形式

    軸承的安裝是否正確將直接影響其使用精度、壽命與性能。因此，只有掌握正確的軸承安裝技術知識才能確保軸承性能。組裝部門與相關人員應對軸承的安裝步驟充分了解，

并嚴格按照作業(yè)標準進行軋輥安裝。

   1．四列圓錐滾子軸承的安裝：

     1) 軸承安裝之前應對各配合組件，包括輥頸、軸承座、軸承座蓋板、密封件、軸承座潤滑油通道與通氣   孔等的進行仔細檢查，檢查各相關尺寸、形狀位置精度和配合公差是否符合設計的技術要求；

     2) 與軸承相配合的表面，輥頸、軸承座及油孔的棱邊和毛刺都必須清除掉，并清洗干凈涂上潤滑油；

     3) 任何時候四列圓錐滾子軸承均應按照正確的順序標記疊放組裝，鐵姆肯公司使用字母標記系統(tǒng)以確保軸承按照正確的順序安裝，軸承組件從 A 到E 做了標記并要求遵循正確的字母順序疊放，軸承組件裝入軸承座時可以 A 面或E 面朝下，但是各部件必須保持正確的順序；

     4) 在把軸承裝入軸承座前，應檢查軸承記錄卡，確定要使用的軸承承載區(qū)，每個軸承外圈均由承載區(qū)標記，應把正確的承載區(qū)號旋轉到承載區(qū)；

     5) 在軸承座孔內(nèi)涂上一薄層潤滑油或潤滑脂能方便裝配并減輕運轉中軸承外圈和軸承座孔間的摩擦和腐蝕；

     6) 將軸承底部外圈放入軸承座后需用塞尺檢查該外圈是否完全落座軸承座擋肩；

     7) 安裝軸承座端蓋首先不放金屬墊片，均勻擰緊等距的 4 個螺栓直到軸承座蓋緊壓到軸承外圈上，測量三個不同位置的間隙，得到間隙平均值（G）。要裝入的墊片厚度必須比間隙 G 值小 0.05 毫米，以確保軸承端蓋預緊。因軸承外圈寬度的差異，給定厚度的金屬墊圈不能用于其它軸承；

     8) 安裝軸承座端蓋并放入合適厚度金屬墊片并用額定力矩擰緊所有端蓋螺栓；

     9) 將軸承座水平放置并裝入油封，注入潤滑劑；

     10) 清洗軋輥頸并涂敷潤滑劑，倒角環(huán)上的密封接觸表面也要涂抹，然后將軸承和軸承座組件安裝到軋輥頸上并檢查是否落座到位；

 11) 安裝鎖緊機構時注意軸承內(nèi)圈端面不能頂死，應確保預留 0.5 到1 毫米間隙。

 2．軸向止推軸承TDIK 的安裝：

     1) 如果外圈上有鍵槽結構，要確保鍵必須可靠的擰在軸承座的底部，并且外圈鍵槽和軸承座上的鍵相對應，將底部外圈放入軸承座內(nèi)；

     2）將軸承內(nèi)圈組件裝入軸承座；

     3）  將軸承頂部端蓋扣在軸承上裝入軸承座，所有部件包括軸承蓋、外圈和軸承座必須可靠接觸且方向一致；

     4）將負載施加在軸承蓋上，壓縮所有的彈簧使軸承蓋端面與外圈完全接觸；

 圖 5  鐵姆肯公司的工程師正在安裝四

     5）用手旋轉內(nèi)圈使?jié)L子完全落座；列圓錐滾子軸承

     6）確保軸承外圈和軸承蓋端面完全接觸，用塞尺檢查，間隔 90°測量軸承蓋擋肩和軸承座之間的間隙，計算平均值；

     7）將上面的測量值加上 0.3 到0.5 毫米就是需要的多層墊片的厚度，其用于軸承蓋和軸承座之間；

     8）取出軸承頂部的外圈和雙內(nèi)圈并進行預潤滑，底部的外圈留在軸承座內(nèi)，用手在滾道上涂敷一些潤滑油；

     9）將軸承內(nèi)圈和外圈放回到軸承座內(nèi)的外圈上，在安裝端蓋前，必須確保 O 型圈已放置在端蓋擋肩上；

     10） 將端蓋和合適厚度的墊片安裝到軸承座上，并確保鍵與頂部外圈上的鍵槽相對應，最后擰緊端蓋螺釘，所有的端蓋螺栓必須擰到規(guī)定的力矩。

   四、軋輥頸軸承的維護 

   軋輥頸軸承必須定期從軋機上拆下并檢測，從而使軋輥軸承的使用壽命最大化。軸承維護與保養(yǎng)的頻率應根據(jù)軋機運行情況調(diào)整，主要還是依據(jù)經(jīng)驗而定。通常的維護頻率為滿負荷運行每隔三個月，大多數(shù)軋機每隔六個月，輕運行軋機每隔十二個月。軋輥頸軸承在首次運行 1000  小時后應分解檢查。在操作中需要徹底清洗軸承同時檢查油封，必要時應徹底更換油封，如果沒有發(fā)現(xiàn)異常，第二次檢查間隔可以延長，例如，每運行2000 小時后進行或更長。

                  圖6 軋輥頸軸承必須定期檢測維護

每次從軋機上拆下軸承和軸承座組件后，應記錄軸承在軋機的位置及承載區(qū)。軋輥頸軸承必須定期檢測維護

   1．軋輥頸軸承維護的一般步驟：

      1) 追蹤軸承在軋機中的位置并記錄。鐵姆肯公司可為客戶提供軋輥頸軸承保養(yǎng)服務記錄卡，可用于記錄軸承座號，軋輥號，機架號，軸承在軋機上的位置，外圈承載區(qū)和軋制產(chǎn)品噸位和軸承工作小時數(shù)等數(shù)據(jù)。記錄卡應該隨時更新并且方便維修人員查用，底部空白處可以記錄軸承測量數(shù)據(jù)和其它檢測詳細內(nèi)容；

     2) 從軋輥上卸下軸承座，從軸承座中卸下軸承。無論是從軸承座上卸下軸承還是進行軸承檢查時都需要特別的吊裝方式和工具，鐵姆肯公司可為客戶提供吊裝工具和特殊吊裝方式建議；

     3) 清洗軸承。在清洗軸承過程中應去除所有的剝落、水、殘留的潤滑劑以及其它任何會造成軸承嚴重磨損的污物。清洗軸承所采用的清洗方式和清洗劑是根據(jù)要清洗軸承尺寸或軸承數(shù)量決定，小軸承或少量軸承可用煤油，礦物油或其它商業(yè)溶劑。對于大軸承或大量軸承，可用  40 °C時粘度為22cSt（或100°F 為100SUS） 的中性油在清洗箱中清洗。

     4) 檢查軸承，包括外觀檢查和小修。在可拆掉滾子的內(nèi)圈外表面或滾子表面上，如果發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了小的剝落或表皮裂痕，通常用打磨機將金屬剝落磨去并磨光剝落面邊緣。

     5) 應定期檢查軸承磨損程度，可通過測量軸承游隙來評估軸承的磨損狀況；

     6) 根據(jù)需要，檢查并維修軸承座；

     7) 將軸承裝回軸承座中；

     8) 根據(jù)需要，檢查并維修輥頸；

     9) 將帶有軸承的軸承座安裝到軋輥上。

   2．軋輥頸軸承的潤滑：

      1) 推薦的潤滑劑屬性：

皂基類型:   復合鋰基，磺酸鈣，復合鋁基或等價類似物；

         稠 度   : NLGI No.1 或  No.2

         添加劑  :  防腐劑和抗氧化劑，  抗極壓EP添加劑（ASTM D2509美國標準測試方法），按照鐵姆肯公司  “OK” 負載檢測標準并良好的抗水沖刷能力

         基 油   : 溶劑型精煉礦物油或合成油

         基油黏度:   320 ~ 460 cSt

         粘度指數(shù):   最小為80

         流動點  :  最大為-10 °C

      2) 推薦的潤滑油脂類型：

         a.鐵姆肯公司  Premium Mill Grease

         b.美孚Mobilith SHC 460

         c.Fina Ceran HV

      3) 推薦的潤滑油脂用量：

        潤滑脂的填充量，以填充軸承和軸承殼體空間的三分之二或三分之一為宜，不可過度潤滑。每次修磨軋輥后推薦添加油脂用量為初次用量的1/5。潤滑脂的補充周期與軸承的結構、轉速、溫度和環(huán)境等有關，用戶可根據(jù)實際的操作環(huán)境進行調(diào)整，在合理方式下使得軸承中始終保留有潔凈的潤滑油脂；

      4) 安裝新軋輥頸軸承時，不必洗掉涂在新軸承上的防銹油脂，雖然防銹油脂不能當成潤滑劑使用，但它不會防礙軸承的正常使用。

   3．軋輥頸軸承的的存放和保管： 

      1） 軸承內(nèi)外圈組件要用塑料包裹，軸承的包裝設計應滿足軸承的防潮和防塵要求；

      2 ）為避免內(nèi)外圈橢圓變形，軋輥頸軸承應保持水平放置，軸承應儲存在原包裝箱內(nèi)并放在干燥的場所；

      3） 在灰塵，潮濕環(huán)境中，軸承不允許從包裝中移出并放置在托盤上或敞開式貨架上；

      4 ） 所有的軸承安裝工具應該清潔并處于良好狀態(tài)，工作臺裝配區(qū)應該保持清潔，不能在焊接區(qū)和機械加工設備旁裝配，避免碎屑和污物可能進入軸承。

   五、結束語 

   軋輥頸軸承的使用壽命，不僅取決于軸承的選型與自身的性能，還與其安裝與維護保養(yǎng)有著密切的關系。正確的軋輥頸軸承安裝與維護不僅確保和延長軸承以及軋機其它部件使用壽命，而且可提早預防軸承失效導致軋機嚴重故障。幫助客戶保持系統(tǒng)平穩(wěn)運行的最好方法就是讓客戶掌握軸承安裝與維護的知識。憑借深厚的軸承知識與豐富的鋼鐵制造經(jīng)驗，以及專業(yè)的工程和技術服務團隊，鐵姆肯公司將一如既往地幫助客戶以更低的運行成本創(chuàng)造更高價值。