热镀锌光整机升降辊卡阻故障分析与处理

干治江

（攀枝花新钢钒股份有限公司 四川攀枝花）

一、概述

热镀锌光整机在轧制过程中，为了防止带钢纵向起皱和高速轧制时带钢振动，在光整机的入口和出口均设有防皱装置，目的是通过液压缸的作用，用升降辊将光整机入口和出口的镀锌板绷紧。

攀钢冷轧2＃镀锌机组光整机升降辊（图1）在2012年5月18日定修中更换SKF公司的22319E调心滚子轴承，5月23日出口升降辊卡阻不转造成镀锌板擦划伤及停机。经检查，发现轴承损坏、止动失效。轴承的失效按其寿命可分为正常失效和早期失效两种，该轴承的使用寿命只有几天时间，属于早期失效。

图1 光整机升降辊分布结构示意图

二、故障分析

光整机升降辊为空心自由转动镀铬钢辊，芯轴固定不转，辊筒内嵌滚动轴承跟随带钢一起转动。由于这两个升降辊在轧制过程中始终与带钢接触，其辊筒与带钢是否产生相对滑动对产品质量有较大的影响。为防止升降辊因轴承损坏引起停机、停产和镀锌板擦划伤，应提高轴承的可靠性，必须从轴承的失效形式着手，认真研究和分析滚动轴承的失效原因，才能找出解决失效的具体措施。

1．轴承失效表面特征分析

22319E是双列调心滚子轴承，在有两条滚道的内圈和滚道为球面的外圈之间装配有鼓形滚子的轴承。外圈滚道的曲率中心与轴承中心一致，所以具有自动调心功能，对轴相对于轴承座的倾斜和轴的变形或歪曲不敏感。

在排除了装配质量和润滑不良等原因之后，发现22319E轴承保持架上几个兜孔已经严重挤压变形和断裂失效，导致轴承卡死停止转动。因此判断保持架断裂是造成轴承失效的主要原因。

2.轴承内部结构特征分析

升降辊原设计轴承为FAG公司一对22319E1调心滚子轴承，在更换前已经正常使用3年以上。虽然SKF公司和FAG公司的轴承在型号规格上一样，但是仔细对照两家轴承，发现两者轴承的保持架结构类型明显不同。通过对比主参数、外圈、内圈及滚子设计强度和刚性等均无问题，分析认为，该轴承E结构保持架对光整机升降辊的使用条件存在一定缺陷，可能是轴承早期失效的主要原因。

（1）保持架锁定球面滚子的方式不同易造成过梁挤压变形。保持架上许多等距离的兜孔称为窗口，用来隔离和引导滚动体。在滚子保持架窗口之间的连接部分称为过梁，它起连接和增加保持架强度的作用。

图2 22319E1轴承结构示意图

如图2所示，F22319E1轴承窗型冲压钢保持架靠两个过梁锁住鼓形滚子，形成双肩锁定；如图3所示，22319E轴承窗型冲压钢保持架采用在保持架大端面钢板压出凸点形成锁点，利用鼓形滚子侧端面凹穴来实现锁住滚动体的功能，形成单点锁定。SKF公司E结构轴承由于是单侧受力，不利于保持架窗孔对鼓形滚子的引导。在轴承承受冲击载荷和较大轴向力的情况下，个别鼓形滚子的轴线容易发生较大角度的侧转。一旦有一粒鼓形滚子轴线相对于保持架窗孔轴线发生较大角度的侧转，那么这颗滚子的滚动将落后于正常滚子的滚动，就容易发生保持架过梁挤压变形，导致鼓形滚子卡死停止转动。

（2）保持架窗口位置不同易造成过梁根部裂断如图3所示，22319E轴承窗型冲压钢保持架的窗口位置较低，在鼓形滚子的1/3处，鼓形滚子和保持架窗口兜底接触面积也较小，保持架过梁根部较薄，强度较差。轴承工作过程中，承受冲击振动及轴向力时，由于轴承内圈不带挡边，完全靠保持架3侧挡承受轴向力，保持架过梁易从根部裂断，影响轴承的可靠性。

图3 22319E轴承结构示意图

如图1所示，钢带是紧贴在升降辊表面上，并且钢带上有90kN的张力，是由钢带拖着升降辊旋转。如果钢带跑偏，钢带与升降辊表面的摩擦力会转化成一定的轴向力作用到轴承上，该轴承承受了较大的轴向力，这是造成轴承失效的最主要原因。

SKF公司的E型调心滚子轴承的中挡圈位于保持架大端外圆柱面以外（图3），该保持架可放入更多更大直径的加长滚子，使轴承径向额定动载荷提高10%～20%。但是由于轴承内圈不带挡边，承受轴向额定动载荷的能力却大大降低，保持架侧挡极易断裂。

三、处理措施

保持架对滚动轴承使用性能和寿命有很大影响，其材料的选择尤为重要，而在保持架损坏的原因中，保持架材质好坏又是主要原因之一。因此，轴承保持架的材料必须具有良好的机械强度、尺寸的稳定性、良好的可塑性等多方面优良性能。

1．重新选择轴承型号减少轴承在线损坏

在使用环境相同的条件下，铜保持架的理论寿命比冲压钢保持架的理论寿命要长，但铜保持架的轴承比钢保持架的轴承的价格要高一些。考虑到使用成本，选择目前国内使用广泛的CA型轴承，型号22319CA/W33。CA型结构的调心滚子轴承的特点为内圈两侧均有挡边和采用双齿型整体式机加工车制实体黄铜保持架（图4），一般情况下可以与E结构设计通用。与E结构相比较，CA结构的轴承采用高拉伸强度的黄铜保持架，保持架本身具有一定的自润滑性能，并允许有一定的塑性变形。在光整机机架内淋水环境与承受较高的径向载荷和冲击载荷以外，还能承受一定的双向轴向载荷的场合。

图4 22319 CA/W33轴承结构示意图

对轴承改型后，已经正常使用1年未再出现轴承保持架断裂故障，轴承的可靠性大大提高。进口轴承每套单价是国产轴承的6倍，与进口调心滚子轴承相比，不仅降低了使用成本，还延长了轴承使用寿命，效果非常显著。

2．做好轴承的维护、保养、装配

调心滚子轴承是一种精密的零部件，在安装以及使用过程中，应注意方式方法，才能使轴承达到预期的精度以及更长的使用寿命。因此应重点关注轴承的正确安装、检查和维护等方法并制定相应的工艺规程以降低光整机升降辊轴承的故障率。

（1）轴承在安装和拆卸时应按有关步骤和规定认真操作。尽量使用专用工具，不允许强力冲击或直接锤击轴承，不允许通过滚动体传递压力。安装环境必需清洁，不能用布类和纤维类物品擦拭轴承，轴承安装的质量关系到轴承的使用寿命和工作特性，不正确安装可能导致轴承过早损坏。

（2）轴承的正确保养和维护。良好的润滑是滚动轴承正常工作的必要条件。要保证轴承能够正常、可靠运行，就必须施以足够的润滑，以防止滚动体、滚道及保持架之间有直接的金属接触，造成磨损及轴承表面腐蚀。

光整机升降辊通常受到较强的冲击负荷以及淋水环境，轴承振动大，润滑脂容易流失。因此，要求润滑脂有较强的粘附性，选择钙基润滑脂（机械性能稳定，不溶于水，常用于工作温度60℃以内与水有接触的工作环境）。钙基润滑脂可以牢牢地粘附在零件的表面，一部分在滚道上润滑轴承，其余部分保存在轴承内部空间起到密封作用，可防止外部灰尘和水等有害物质进入轴承。

自动调心滚子轴承，轴承内外环可以相对摆动，所以可以接近滚动元件，润滑脂可直接注入轴承内的空间。装配时轴承内应填满润滑脂，可以把轴承座内自由空间的90%填满而无温升的危险，这样既防止杂质侵入轴承，又使补充润滑脂间隔期延长。

轴承选型至关重要，选用的轴承型式一定要符合使用环境。通过剖析轴承保持架结构，确定故障原因，采取切实可行的措施。实践证明，通过对轴承改型，使用国产轴承同样能够确保光整机升降辊的正常运行，不仅降低了设备故障率，而且还降低了备件及维修费用，创造了可观的经济效益。