维普资讯 http://www.cqvip.com １４ 辽宁科技学院学报 第９卷 文章编号：１００８—３７２３（２００７）０２—００１４—０３ 板带轧机中支撑辊轴承的比较分析 张冰 （本溪钢铁（集团）公司热连轧厂，辽宁本溪１１７０００） 摘要：介绍了板带钢轧机中支撑辊轴承技术的发展，就主要的新、旧两种型式的轴承从结构、使用寿命以及费用等方面作 了详细的比较，并通过大量实际的数据证明了本文的结论一无键油膜轴承是最好的选择。 关键词：滚动轴承、油膜轴承、轴承寿命，操作费用。 中图分类号：ＴＧ３３３．１７ 文献标识码：Ａ １ 前言 板带轧机的支撑辊轴承有两种可利用类型：油膜轴承和 滚动轴承。实践证明，油膜轴承安装简单且易于维护，能够 在高载荷及高速度条件下工作而不会产生较大偏斜，并且具 有优良的散热性。油膜轴承易于在控制系统中进行补偿。 因此，油膜轴承在投资及长期操作费用上具有很大的优势。 ２滚动轴承和油膜轴承 适用于现代热轧机的支撑辊轴承有两种，即无键油膜轴 承及带内座圈压配合的圆筒滚柱轴承。 ２．１滚动轴承 圆筒滚柱轴承具有由滚柱分隔开的内、外座圈的结构。 内座圈永久性地装配在辊颈上，并且在滚柱上转动，而滚柱 则在外座圈上转动。基本上是一种金属与金属间的接触滚 动运动。当将轴承座／轴承装配从辊颈上拆下时，内座圈和 滚柱就暴露在外，这使得内座圈的检查较为容易，但是，这会 使外座圈和滚柱极易受到污染。总之，如果一个滚柱被划 伤，就必须更换；并且如果座圈划伤，则必须修复。将轴承和 轴承座安装到辊颈上可能非常困难。唯一的操作问隙是轴 承间隙，因此，安装时需非常小心以便不划伤或损坏任何表 面。 ２．２油膜轴承 油膜轴承是简单的一个液压缸在另一个液压缸中的转 动。两个液压缸由一层油膜分离，里面的缸压靠在油膜上。 油膜承担全部载荷，以使得不存在金属件之间的直接接触。 承担载荷的油膜是由在衬套中转动的锥套产生的。油膜也 是轴承中一个极具刚性的部件，事实上，它是机架中最具刚 性的部分之一。刚性，连同它的粘滞特性一起，使得轴承能 够吸收冲击。另外，轴承能够通过高刚度帮助缓冲振动并提 高固有频率。 轴承及轴承座装配易于从辊颈上安装及拆斜。围绕着 轴承座的所有部件以及锥套和衬套之问的关键面都得到保 护。当将轴承座滑动安装到轧辊上时，锥套及辊颈上的锥面 提供了一个导向作用。 ３轧辊及轴承座的尺寸、应力及挠曲变形 对于一个相同的承载能力，油膜轴承（４６”一７５ＫＬ ＭＯＲ 收稿日期：２００７—０２—１０ 作者简介：张冰（１９７１一），女，山东省日照市人，本钢热连轧 厂，工程师． ＧＯＩＬ轴承）所占空问比滚动轴承（８５０×１１８０×８７５／８５０ｍｍ 滚动轴承）小得多。油膜轴承的轴承座更坚固，并且辊颈更 短、强度更高。图１所示的是两种轴承的外径的比较。油膜 轴承所需要的轴承座镗孔要比滚动轴承小１８％。这使得油 膜轴承的装配更加紧密。 ０）滚动轴承 ｂ）滑动轴承 图１滚动轴承与 Ｆｉｇｕｒｅ １ ｃｈｏｃｋｓ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｏ） Ｌ －Ｓ 一囊 ｄ覃 图２油膜轴承ｂ）与滚动轴承ａ）辊颈比较 Ｆｉｕｇｒｅ ２ ｒｏｌｌ ｎｅｃｋ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｍｏｒｇｉｌ ｂｅａｒｉｎｇ ｂ）ａｎｄ ｒｏｌｌｅｒ ｂｅａｒｉｎｇ ａ） 图２所示的是两种轴承的辊颈尺寸，特别是从辊身端部 到轴承的中心线的距离对于挠曲变形和应变是非常重要的。 油膜轴承的这个距离大约缩短２１％。 对于滚动轴承来说，由于滚柱和座圈的变形而使滚动轴 承产生更大的挠曲变形。而油膜轴承总的油膜变形仅为滚 动轴承变形的１５．６％，因此，由于油膜轴承可保持原有的几 何形状而具有比滚动轴承更优良的性能。 轴承和辊颈变形合二为一，即实际上作用在带钢上的变 形量。滚动轴承变形比油膜轴承高６０％，油膜厚度的变化仅 为滚动轴承变化的９％。 由于从辊身端部到轴承中心线的距离较短，在不考虑应 维普资讯 http://www.cqvip.com 第９卷第２期 辽宁科技学院学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＡＯＮＩＮＧ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖｏ１．９ Ｎｏ．２ Ｊｕｎ． ２００７ ２００７年６月 力集中因素的情况下，油膜轴承辊颈处的弯曲应力大约可降 低２２％，甚至如果考虑辊颈倒角半径处的典型应力集中因素 的话，因为其有带锥度的辊颈而使半径变得较大，所以油膜 轴承在该处的应力较小。 荷的增高，轴承寿命会急剧的下降。在１０００吨载荷和３０００ 吨载荷下运转，寿命可减少９７％，同样的低速和高速条件下 运转时，寿命之差为９０％。这些使用寿命的减少与高速度和 高负荷有相当密切的关联。除了速度与载荷外，影响滚动轴 承寿命的其他因素还包括润滑油中水的含量，悬浮颗粒的含 量，轴承的支撑及轴承的材质等。 ４轴承寿命 从先前的讨论中已获知，油膜轴承具有无限疲劳寿命。 许多轴承运行了２０年，有一些甚至超过５０年。由于采用了 润滑系统，通过向轴承提供干净并冷却的油，从而对油膜轴 承进行连续的维护，因此油膜轴承不需特殊维护就能获得较 长的操作寿命。 比较起来，由于Ｈｅｒｔｚｉａｎ接触应力高于轴承材料的疲劳 强度极限，滚动轴承的使用寿命是有限的，同时，还受到其它 因素的影响。为了获得最大的轴承寿命，需要大量的预防性 ５费用比较 ５．１投资费用 通过几个项目的投资分析，清楚地表明对于由几个机架 组成的连轧机组，ＭＯＲＧＯＩＬ油膜轴承具有较好的费用效率。 ＭＯＲＧＯＩＬ油膜轴承需要的润滑系统的费用比起滚动轴承相 当低。以本钢冷轧厂的５机架连轧机为例，考虑轴承首次填 充及每个机架的成套操作备件，滚柱轴承的费用高出３１％， 见表１。 的维护。图３所给出的是滚动轴承的理论寿命曲线。这些 曲线是在实验室条件下获得的纯疲劳寿命。随着速度和载 表１投资费用比较 Ｔａｂｌｅ １ ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ —～—～＼投资费用轴承分类 ——～—＼ 圆柱滚动轴承 ７６１×１０８０×７９０ｍｍ １３６％ ７１％ １４６％ １４３％ １３１％ 油膜轴承 ４０”一７５ ＫＬ—Ｈ １００％ １ｏｏ％ １００％ １００％ １００％ 区别 轧机首次填充（２０轴承） ＋轧机机架、配管及安装 润滑系统＋配管＋安装＋静压 轴承座加工机械＋特殊工具 操作备用填充（２０轴承） 总计 ＋３６％ 一２９％ ＋４６％ ＋４３％ ＋３１％ ５．２操作费用 在该处滚动轴承需使用两个密封环。由于需要对润滑系统 进行较频繁的维护和更换，因此，油膜轴承的维护费用高 ４５％。第一个１０年，滚动轴承总的操作费用大约高出７０％。 见表２。 对于滚动轴承，由于超出滚动轴承材料的疲劳强度极 限，其更换及维修主要部件费用高出８９％。滚动轴承更换如 密封等部件费用高２０％。摩根轴承只需要一个辊颈密封，而 表２操作费用比较 Ｔａｂｌｅ ２ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｓｔ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ～～—＼操作费用轴承分类 ————＼ 圆柱滚动轴承 ７６１×１０８０×７９０ｍｍ １ｏｏ％ １ｏｏ％ １ｏｏ％ １ｏｏ％ 油膜轴承 ４０”一７５ ＫＬ—Ｈ １１％ ８０％ １４５％ ２９．３％ 区别 ＋８９％ ＋２０％ 一４５％ ＋７０．７％ 轴承部件的更换和维修 密封及其它轴承部件的更换 润滑系统维护＋润滑 总计 ６结论 在支持辊轴承的应用中，油膜轴承与滚动轴承相比较， 具有许多优点。它安装简单，易于维护，可以在高载荷和高 速度下运转，并且维修或更换费用较低。油膜轴承中，油膜 厚度变化易于从轧机控制系统中进行补偿。因此，在选择轴 承时，这是一个决定性的因素。 油膜轴承使用的润滑系统可去除轴承及轧辊中较大一 部分的热量，并且可在污染物进人轴承座之前将其去除。考 虑到总的投资费用和长期的操作费用，明显地，为了保证支 撑辊轴承的高精度应用，无键油膜轴承是最好的选择。 （下转第１３页） 维普资讯 http://www.cqvip.com 第９卷第２期 辽宁科技学院学报 Ｖｏ１．９ Ｎｏ．２ ２００７年６月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＬＩＡＯＮＩＮＧ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣ 垒 坚 ：三 啪 咖 枷 伽 抛 线（Ｉ２ Ｒ）；可控硅功耗曲线是线性（Ｉｕ），这里Ｕ是可控硅结 压降。 ５结语 智能型数字直流调速技术在露天采掘设备上的应用，实 现了挖掘机智能型控制静止可控整流器供电控制方式替代 模拟控制旋转机组供电控制方式，控制技术更为先进，调速 性能更好，节电效果显著，可直接降低挖掘机的运行成本；智 负载（％） 能化的人机界面加装ＰＬＣ，使系统具有自动诊断、保护、操作 ０ ２５ ５０ ７５ １００ １２５ 和运行状态监测几大功能于一体，在运行过程中可避免重大 事故的发生，缩短设备维护时间；采用数字化参数设置系统 一机组 一 晶闸管 的电流控制特性，使系统对电动机的电流保护更加可靠，可 功耗曲线 延长电动机的使用寿命。总之，直流调速技术在露天采掘设 备上的应用，可大大提高采掘设备技术档次，提高设备的运 从功耗曲线可以看出：机组与可控硅驱动从空载到满载 行效率，降低故障率。 负荷到过负荷的功耗差在逐渐加大。机组功耗曲线是二次曲 参考文献 ［１］井石磙．数字直流调速技术在露天采掘设备上的应用［Ｊ］．中国钼业，２０００（１０）． ［２］罗自然．电力电子技术在采矿设备上的应用［Ｍ］．中国冶金矿山企业新技术汇编，２００５（８）． Ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓⅥｒｉｔｈ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｉｎ ｏｐｅｎｃａｓｔ ｅｘｃａｖａｔｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｐｉｎｇ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ＧＡＯ Ｈａｎｇ——ｇｕａｎｇ （Ｗａｉｔｏｕｓｈａｎ Ｍｉｎｅ，Ｂｅｎｘｉ Ｓｔｅｅｌ，Ｃｏ．，Ｂｅｎｘｉ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，１１７００６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｏｆ ｏｐｅｎｃａｓｔ ｅｘｃａｖａｔｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ｗａｓ ａｎａｌｙｓｅｄ． Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｕｔｕｒｅｓ ａｎｄ ａｐｐｌｉｅｄ ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ ｏｆ ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｓｐｅｅｄ ｄｅｖｉｃｅ ｗｅｒｅ ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ ｓｔｒｅｓｓｌｙ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｄｅｔａｉｌｌｙ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｉｍｐｏｒｔｎａｃｅ ｏｆ ｕｓｉｎｇ ｆｕｌｌ ｄｉｉｇｔｌａ ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｄｊｕｓｔｂａｌｅ ｓｐｅｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｎ ｏｐｅｎｃａｓｔ ｅｘｃａｖａｔｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｏｐｅｎｃａｓｔ ｅｘｃａｖａｔｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，Ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｕｔｏｍａｔｉｃ，ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｄｊｕｓｔｂａｌｅ ｓｐｅｅｄ （上接第１５页） 参考文献 １ Ｋｏｎｒａｄ Ｒｏｅｉｎｇｈ，Ｗｏｌｆｇａｎｇ Ｓｃｈｅｆｅ１．Ｂａｃｋｕｐ ｒｏｌｌ ｂｅａｒｉｎｇ ｉｎ ｌｆａｔ ｒｏｌｌｉｎｇ ｍｉｌ［Ｍ］．Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ Ｐｌａｎｔ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．２０００． Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｂａｃｋｕｐ ｂｅａｒｉｎｇ ｏｆ ｆｌａｔ ｒｏｌｌｉｎｇ ｍｉｌｌ ＺＨＡＮＧ ＢＩＮＧ （Ｈｏｔ Ｓｔｒｉｐ Ｍｉｕ ｏｆ Ｂｅｎｘｉ Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ ＣＯ．ＬＴＤ，ＬＩＡＯＮＩＮＧ ＢＥＮＸＩ ｌｌ７ｏｏＯ） Ｄｉｇｅｓｔ：Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｂａｃｋ—ｕｐ ｒｏｌｌ ｂｅａｔｉｎｇ ｉｎ ｆｌａｔ ｒｏｌｌｉｎｇ ｍｉｌｌ，ｍａｄｅ ａ ｃｏｍｐａｒ－ ｉｓｏｎ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｏｌｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｂａｃｋ—ｕｐ ｒｏｌｌ ｂｅａｔｉｎｇｓ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ ｒｅｇａｒｄｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｂｅａｔｉｎｇ ｌｉｆｅ ａｎｄ ｃｏｓｔ， ａｎｄ ｃｅｒｔｉｆｉｅｄ ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｂｙ ａ ｇｒｅａｔ ｄｅａｌ ｏｆ ａｃｔｕａｌ ｄａｔａ—ｔｈｅ ｋｅｙｌｅｓｓ Ｍｏｒｇｏｉｌ ｂｅａｔｉｎｇ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｃｈｏｉｃｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｌｌｅｒ ｂｅａｔｉｎｇ，Ｍｏｒｇｉｌ ｂｅａｒｉｎｇ，ｂｅａｔｉｎｇ ｌｉｆｅ，ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｓｔ．
