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2050CVC热连轧机工作辊滚动轴承运行行为及自适应均载方法研究

陈占福  
【摘要】: 四辊轧机是最普通的轧机,它广泛用于钢铁、有色金属的塑性加工中。近年来 受市场竞争及用户对产品质量要求的影响,相继开发成功一系列旨在提高产品质 量、降低生产成本的新技术,极大地促进了生产。工作辊弯曲技术就是其中之一, 它提出于30年代。在轧机上弯曲工作辊已成为获得理想板形和保证表面质量的重 要手段之一。几乎所有的轧机均安装了工作辊弯曲装置。结果使轴承的载荷增加, 承载环境恶化,但轧机结构上却未做任何变化、轴承的尺寸几乎没有增大,因而轴 承的工作寿命大幅度降低,经常发生异常烧损事故,成为轧机的重要大型易损件。 频繁发生的轴承事故使轧机开工率降低,生产成本增加,产品质量下降。为达到轴 承延寿的目的,已在接触力学、润滑与磨损、加工制造、材料冶金等方面开展了一 系列的理论与实验研究,轴承自身的质量有了很大的提高,但轧辊轴承的寿命和工 作可靠性仍未能得到大的改善和提高。 本文针对四辊轧机工作辊操作侧滚动轴承,把构成轴承短寿及烧胶矛盾的另一 方面——轴承载体作为研究对象,开展轴承的静动态承载行为和自适应均载方法研 究。 首先,用机构学的观点对四辊轧机工作辊辊系机构进行分析,发现轧辊弯曲使 辊颈倾斜导致轴承中各列滚子的工作间隙不等,引起轴承负荷径向、轴向偏载,偏 载系数超过3。这种偏载行为是导致轴承短寿及异常破坏的主要原因。降低或消除 这种偏载行为成为工作辊轴承的重要延寿技术途径。 本文完整地提出工作辊操作侧轴承自适应均载原理。以2050CVC轧机为例分 析辊系对工作辊操作侧轴承座的约束,抽象出具体的机构杆系,并对该机构进行活 动度分析。分析中引入“虚拟弹性铰链”和“等效机构”的概念,解释轧机空载(卸 去弯辊力)及负载状态(施加弯辊力)下辊系机构的运动关系。为实现操作侧轴承 具有均载特性,对原辊系重新进行杆系综合,保证原有定位要求不变的前提下,给 轴承座增加必要的活动度,使轴承座能随辊颈倾斜而摆动,保证轴承中各列滚子的 工作间隙相等,从而实现均载。 — ——————————— 燕山大学工学博士学位论文 为定量描述其机理,本文用三维弹性接触边界元法将轧辙轴剽轴承座作为完 整的接触模型,在不同载荷、约束、轴承参数等条件下获得轴承中的三维接触压力 分布及轴承座变形场。还开发了用于检查数据、显示变形的三维表面网格模型自动 生成程序,使边界元法的数据处理更加简明。 其次,对2050CVC轧机工作辊操作侧组合轴承的受载行为进行了全面的在线 测试研究。分别测量了组合轴承的动态径向载荷的列间分布、轴向力及轴承温度, 获得了轴承载荷及温度的动态变化。其中轴承径向载荷动态测试在目前国内外的文 献中,尚未见到这方面的报道。轴向力测试采用了不同于以往的方法,直接测出作 用于工作辊的轴向力,克服了动态过程中弯辊柱塞与轴承座之间的摩擦影响,还可 反映出圆周方向的分布。这次测试使我们对该轧机工作辊操作侧组合轴承的实际运 行行为有了全面了解,测试结果与理论计算基本一致。 最后,基子本文提出的理论,开发研制用于2050CVC轧机的工作辊操作侧组 合轴承座自适应均载机构。在线对比测试表明,轴承中由原来的3以上的偏载系数 降低到二.5以下,证明该机构原理正确、结构合理。该机构同样适用于其它带有弯 辊装置的四辊或六辊轧机,用于解决轴承偏载问题。


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