改善辊型降低弯辊力提高工作辊轴承及轧辊使用寿命

辊系的弹性变形方程由工作辊和支承辊的弹性 弯 曲 变 形 和 弹 性 压 扁 组 成 。 为 消 除 有 害 接 触 区 ，获 得 理 想 的 板 形 ，通 过 辊 系 的 辊 型 ，弯 辊 力 的 调 节 手 段 补 偿 辊 系 的 弹 性 变 形 ，使 工 作 辊 与 支 承 辊 间 单 位 长 度 上 个 点 的 接 触 力 ，工 作 辊 与 带 钢 单 位 长 度 上 个 点 的 接 触 力 趋 于 相 等 ，辊 间 、工 作 辊 与 带 钢 间 各 点 弹 性 压 扁 差 为零，以此为约束条件建立方程。
产 生 疲 劳 ，导 致 剥 落 发 生 。 根 据 赫 兹 理 论 ，支 承 辊 与 工
作辊材质相同时，疲劳产生的深度符合下列公式：
Ｈ ＝０．３９×ｂ
（６）
ｂ＝１．５２×［２×ｑ×ｄ１×ｄ２（／ ｄ１＋ｄ２）×Ｅ ］１／２ 式中：Ｈ － 疲劳产生的深度 ｍｍ
（７）
ｄ１ － 支承辊辊径 ｍｍ ｄ２ － 工作辊辊径 ｍｍ ｂ － 支承辊与工作辊接触弧长 ｍｍ
剪力：Ｑ ４＝Ｊ ／２－ ｑ１×（ｘ２－ ２３０）＋ｑ２×（ｘ２－ ４３０） 单位剪力：Ｑ／０＝ｘ１／１ ８６０ 力矩：Ｍ ４＝Ｊ ／２×ｘ２－ ｑ１×（ｘ２－ ２３０）２／２＋ｑ２×（ｘ２－ ４３０）２／２ 单位力矩：Ｍ ／０＝ｘ１／１ ８６０×ｘ１ 变形方程为：
! ! ｘ１
ｘ１
δｗ ｘ２＝１／（Ｇ ×Ａ １）× Ｑ ３×Ｑ ０ｄｘ１＋１／（Ｅ １×Ｉ１）× Ｍ ３×Ｍ ０ｄｘ１＋１／
具有互补性，不可能为提高轴承寿命而取消弯辊力，
若将宽度≤１ １００ ｍｍ 厚度≤１ ｍｍ 规格产品弯辊力降
到其使用中限 ５０ ｔ，这时 Ｐ２＝Ｐ３＝１４．５ ｔ，Ｐｍ２＝１４ ｔ，在此条 件 下 轴 承 的 计 算 寿 命 Ｌｎ２ 与 Ｌｎ１ 的 比 为 （Ｐｍ２／ Ｐｍ１）１０／３＝ １．４５，从这里可看出，将现在的 ６０～８０ ｔ 的弯辊力 降 到
２００５ 年 增刊 总第 １２９ 期
Ｐｍ１＝（［ １３．５３．３３ｎ×ｔ×１／３＋１６３．３３ｎ×ｔ×１／３ ＋１８．５３．３３ｎ×ｔ×１／３）（／ ｎ×ｔ）］３．３３
（４）
＝１６ ｔ
通过上述参数得出轴承的计算寿命 Ｌｎ１ 为：
Ｌｎ１＝（Ｃ ０／Ｐｍ１）３．３３×３ ０００×５００／（ｎ×ｔ）
（５）
（１）
式中： Ｋ ＝０．８２（Ｋ － 铁姆肯方法中轴承额定径向负
载与轴向额定负载的比率）
（ｂ） 宽度≤１ ０００ ｍｍ 厚度Ｐ２
Ｐ２＝０．４×０．６×Ｐ０２＋Ｋ ×Ｆａ２／２＝１６ ｔ
（２）
（ｃ） 宽度≤１ ０００ ｍｍ 厚度≤１ ｍｍ 规格产品弯辊力为
ｗｗｗ．ｔｊｙｊ．ｃｏｍ
ｗｗｗ．ｔｊｙｊｑｋ．ｃｏｍ
ｔｊｙｊ＠ｔｊｙｊ．ｃｏｍ
— ——" 研究与应用 #— ——
ｔｊｙｊｚｚ＠ｔｊｙｊ．ｃｏｍ
２００５ 年 增刊 总第 １２９ 期
改善辊型降低弯辊力提高工作辊轴承及轧辊使用寿命
５５
力矩：Ｍ ３＝Ｊ×ｘ１／２－ ｑ１×（ｘ１－ ２３０）２／２＋ｑ２×（ｘ１－ ４３０）２／２ 单位力矩：Ｍ ０＝（１ ８６０－ ｘ１）／１ ８６０×ｘ１ ＢＸ 段
计算寿命之前，先分析工作辊的受力情况，如图 １ 所示。
图１
工作辊受 轧 制 力 Ｐ２，工 作 辊 与 支 承辊间的作用力 Ｐ１，前后张力 Ｔ１、Ｔ２， 弯辊力 Ｊ，由工作辊的受力导出工作
辊轴承的受力情况如图 ２ 所示。
图２
包括一半前后张力的合力的 Ｔ／２，一半的弯辊力 Ｊ／
２，一半的工作辊与支承辊间的作用力 Ｐ１ 的水平分力 及轧制力 Ｐ２ 的水平分力的合力 Ｐ ／２，由图 ２ 得出在轴 承的径向所受力的合力为 Ｐ（０ 根据相关资料给出的几 何关系得出 Ｐ０＝６ ｔ，过程这里省略）。铁姆肯（ＴＩＭＫＥＮ） 轴 承 手 册 说 明 因 轧 辊 轴 线 的 交 叉 ，带 钢 的 楔 形 ，不 对
前面已讲到当宽度≤１ １００ ｍｍ 厚度≤１ ｍｍ 规格 产品目前的弯辊力在 ６０～８０ ｔ，若板形不好的原料，为 稳定轧制，弯辊力还会提高，若将弯辊力变为 ５０ ｔ 时， 轴承寿命提高 １．４５ 倍，下面以普通薄规 格 板 宽 （Ｂ＝ １０００ ｍｍ）为基准，确 立 辊 系 的 弹 性 变 形 方 程 ，通 过 设 立轧制力为 １ ０００ ｔ，弯辊力为 ５０ ｔ 时的辊系的弹性弯 曲 变 形 方 程 的 曲 线 ，找 出 现 有 辊 型 曲 线 的 不 足 ，并 制 定新的辊型曲线。 ４．１ 建立辊系的弹性弯曲变形方程
ｑ － 支承辊与工作辊接触长度单位受力 ｋＮ／ｍｍ
Ｅ － 轧辊材料的扬氏弹性模量 ２１０ Ｇａ
根 据 公 式（６）、（７）可 计 算 出 支 承 辊 疲 劳 产 生 在 距
表面 ４ ｍｍ 左右的次表层，疲劳裂纹扩展后，将产生剥
落层。将剥落 层 车 下 时 直 径 方 向 一 般 损 失 ２５ ｍｍ 左
右。每年外车支承辊损失 ５０～７０ ｍｍ 有效工作层，正常
情况下每根支承辊每年磨下约 １０ ｍｍ 有效工作层，支
承辊正常情况下可使用 ５～７ 年，外车一次支承辊缩 短 ２ 年，使辊耗上升。另外，生产时支承辊掉下的残渣
会 硌 坏 工 作 辊 ，使 工 作 辊 产 生 裂 纹 ，较 深 的 裂 纹 会 导 致工作辊的报废。
与接触应力的大小有关，这点符合 Ｓ—Ｎ 曲线（应力与
循 环 次 数 的 关 系 ），因 支 承 辊 使 用 周 期 长 ，在 后 期 当 工
作 辊 的 辊 型 补 偿 不 了 其 磨 损 时 ，为 保 证 板 形 必 须 加 大
弯 辊 力 。 较 大 的 接 触 应 力 ，使 支 承 辊 过 早 地 在 浅 表 层
种 方 法 ，我 厂 工 作 辊 四 列 圆 锥 辊 子 轴 承 为 美 国 铁 姆 肯
公司的产品，下面用铁姆肯方法计算工作辊轴承寿
命。
（１） 目前弯辊力条件下轴承寿命 Ｌｎ１ （ａ） 宽厚规格产品弯辊力为 ３０ ｔ 时轴承的当量载荷
Ｐ１
Ｐ１＝０．４×０．６×Ｐ０１＋Ｋ ×Ｆａ１ ／２＝１３．５ ｔ
４ 建立合理的辊型降低弯辊力
通常在生产当中为消除带钢边部的有害接触区， 获 得 良 好 板 形 ，主 要 通 过 辊 系 辊 型 （支 承 辊 ＋工 作 辊 的 凸度向量）及弯辊力来实现。因原料的板形差异及使用 一 段 时 间 后 ，尤 其 是 支 承 辊 产 生 的 磨 损 ，还 不 能 完 全 靠 辊 型 来 保 证 板 形 ， 使 用 弯 辊 调 整 板 形 灵 活 性 强 ，但 如 前 所 述 ，过 大 的 弯 辊 力 会 对 轴 承 及 轧 辊 寿 命 产 生 影 响 ，因 此 辊 系 采 用 合 适 的 辊 型 ，会 降 低 弯 辊 力 ，同 时 也 会使增加弯辊力调整余度用来调整板形不好的原料。 为建立合理的辊系辊型，先建立辊系的弹性变形方 程 ，通 过 方 程 得 出 曲 线 。 建 立 合 理 的 辊 系 统 插 型 辊 降 低弯辊力。
４３０
４３０
! ! ｘ１
ｘ１
（Ｇ ×Ａ １）× Ｑ ４×Ｑ ／０ｄｘ２＋１／（Ｅ １×Ｉ１）× Ｍ ４×Ｍ ／０ｄｘ２
４３０
４３０
（９）
图３
ＡＸ 段 剪力：Ｑ １＝Ｊ ／２＋ｑ １×（ｘ１－ ２３０） 单位剪力：Ｑ ０＝（１ ８６０－ ｘ１）／１ ８６０ 力矩：Ｍ １＝Ｊ×ｘ１／２－ ｑ１×（ｘ１－ ２３０）２／２ 单位力矩：Ｍ ０＝（１ ８６０－ ｘ１）／１ ８６０×ｘ１ ＢＸ 段′
关键词 轧辊 四列圆锥辊子轴承 寿命 弯辊力 辊型 有害接触区 弹性变形方程曲线 辊系凸 度方程曲线
１ 前言
轧 辊 及 工 作 辊 轴 承 是 辊 系 中 昂 贵 的 部 件 ，其 使 用 寿 命 的 长 短 对 生 产 成 本 有 很 大 影 响 ，通 过 对 影 响 寿 命 因 素 的 研 究 ，采 取 改 进 措 施 是 提 高 其 使 用 寿 命 的 主 要 途 径 。 生 产 实 践 中 可 找 到 影 响 寿 命 的 诸 多 因 素 ，有 些 可 自 行 解 决 ，如 去 除 轧 辊 的 软 点 、裂 纹 、重 新 调 整 轴 承 的游隙。支承辊肋部出现疲劳剥落的现象时有发生， 如 疲 劳 扩 展 较 深 就 需 车 削 剥 落 层 ，这 将 会 造 成 很 大 的 辊 耗 ，同 时 也 影 响 支 承 辊 寿 命 ；工 作 辊 四 列 圆 锥 辊 子 轴承部件也会因疲劳剥落而过早地报废。通过分析 降 低工作辊辊径上的弯辊力可减少上述损伤。下面就弯 辊力对轴承寿命及支承辊寿命的影响进行分析。
式中：Ｃ ０—轴承运转 ９ 千万转的额定负载，现用
ＴＱＯ轴承 Ｃ ０＝２１ ｔ
计算得出 Ｌｎ＝５ 年，现场 ＴＱＯ 轴承实际寿命为 ３－
４ 年，这里有非正常轧制时轴承受到的冲击及工作辊
轴承座密封的问题。
（２） 降低弯辊力条件下轴承寿命 Ｌｎ２ 利 用 辊 型 和 弯 辊 力 是 调 整 板 形 的 主 要 方 法 ，二 者
２ 弯辊力对轴承寿命的影响
我 厂 四 辊 可 逆 冷 轧 机 采 用 正 弯 辊 力 ，最 大 弯 辊 力
１００ ｔ，使 用 上 限 ８０～１００ ｔ，一 般 情 况 下 一 年 当 中 宽 厚 规格产品占总产量的 １／３，弯辊力为 ３０ ｔ。宽 １ ０００ ｍｍ 左右，厚 ０．５～１．２ ｍｍ 的产品占 ２／３，根据原料板形情况 弯辊力在 ６０ ｔ～８０ ｔ 间，平均统计弯辊力在 ３０ ｔ，６０ ｔ， ８０ ｔ 时间各占 １／３。生产宽厚规格时轧制力取 １ １００ ｔ， 其余轧制力取 １ ０００ ｔ，正常生产时工作辊转速 ｎ＝３００ ｒ／ｍｉｎ，现 场 ４ 对 工 作 辊 轴 承 ，除 去 检 修 及 换 支 承 辊 的 时间每年工作 ３４０ 天，平均每个轴承工作小时数 ｔ＝２ １５０ ｈ，按上述参数计算轴承寿命。