万能轧机辊系运行稳定性的研究与分析

陈立珂，刘宏基，王风愈，张志鹏

（1.河北工程大学，河北邯郸 056038；2.河钢集团邯钢公司技术中心，河北邯郸 056015；3.河钢集团邯钢公司大型轧钢厂，河北邯郸 056015）

0 引言

随着高速铁路的不断发展，追求更快、更稳、更安全的高速铁路系统对钢轨产品的尺寸精度提出了更高要求。目前高铁用钢轨的主要生产厂家基本上采用万能轧机轧制钢轨产品。但随着设备老化和磨损，部分万能轧机辊系上线后出现了运行不稳定的现象，对产品尺寸精度和表面质量均造成严重影响。

万能轧机辊系主要由平辊系统、立辊系统、导卫系统组成。平辊系统和立辊系统共同组成了钢轨孔型系统，直接与轧件进行接触并完成轧制变形，因此它们的位置精度就决定了钢轨的尺寸精度。而导卫系统的主要作用是将轧件正确地送入轧辊和引导轧件顺利地出轧辊，防止轧件扭转、旁窜和缠辊，因此导卫的尺寸精度对轧制过程中的轧件轧制状态（扭转、弯曲等）产生明显的影响。

1 平辊系统对辊系运行稳定性的影响

1.1 水平辊传动侧和操作侧两侧的水平度

影响万能辊系水平辊传动侧和操作侧两侧水平度的主要因素是水平辊轴承座上的垫片。水平辊轴承座上的垫片出现磨损后会使水平辊两侧轴承座的高度出现偏差，导致水平轧辊出现一定偏斜，轧制的钢轨孔型形状及尺寸也会出现偏差，孔型无法保证水平和对称，产生一定程度的偏斜，一侧辊缝大，而另一侧的辊缝小。在钢轨实际轧制过程中，辊缝小的一侧延伸大，而辊缝大的部分延伸小，使轧件产生扭转和弯曲现象。特别是在UF 轧辊孔型中轧制时，如果水平辊存在倾斜将导致钢轨最终尺寸出现超差问题。根据钢轨UF 轧辊孔型测算可知，当水平辊单侧轴承座垫片每偏差1 mm，钢轨轨头踏面高度差为0.31 mm，钢轨腿厚差为0.27 mm。因此，当轴承座垫片磨损超过0.5 mm时，就应对垫片进行调整或更换。

1.2 水平辊水平方向稳定性

当轴承座主衬板磨损时，轴承座在牌坊内部无法有效固定，造成调整难度增加等问题，影响轧制稳定性，同时轧制过程中形成的冲击，会影响传动系统的运行稳定性。当轴承座主衬板磨损超过1 mm 时，就应对垫片进行调整或更换。

1.3 水平辊上辊中心度

每次更换万能轧辊都需要对万能辊系进行标定，其水平中心线主要由水平辊上辊的中心位置决定，而万能水平辊上辊轴向无法调整，因此上辊水平中心线的位置就决定了整个辊系的中心线位置。各架轧机间的中心线偏差会影响钢轨在轧机之间的轧制状态。影响上辊中心位置的主要因素是水平辊上辊装配中心位置和水平轧辊本身的中心位置偏差。为了保证水平轧辊上辊水平中心位置的准确性，首先要保证操作侧轴承座与轧辊相对位置的准确性，通过测量分析，需要保证轴承座螺纹套旋出量24±0.5 mm。轧辊车削过程中，车刀对准过程中和车削过程中均会出现轴向偏移的问题，为了保证车削质量，需要定期检查轧辊中心度，要求车削偏移量控制在0.3 mm 以内。

1.4 水平辊轴向窜动量

万能水平辊轴向窜动量是影响钢轨外形尺寸和表面质量的关键因素。造成万能水平辊轴向窜动的原因有水平辊轴承座内部磨损造成的间隙过大、操作侧轴承座螺纹套旋转不到位、操作侧和传动侧两侧轴承座横梁衬板之间的宽度超标、操作侧轴承座保持板磨损超标和轧机衬板磨损超标等，这里主要分析操作侧和传动侧两侧轴承座横梁衬板之间的宽度超标、操作侧轴承座保持板磨损超标两个因素。

（1）当操作侧和传动侧两侧轴承座横梁衬板磨损严重后，辊系两侧轴承座上的衬板之间的宽度就会受到影响，万能轧机的拉杆施加预紧力后，万能水平辊辊系仍然能够在机架内轴向晃动，影响万能辊系在钢轨轧制过程中的稳定性，因此通常要求每3 个月检查一次轴承座横梁衬板磨损量，当磨损量超过0.5 mm时需要进行更换。

（2）万能轧辊轴承座保持板位于操作侧副轴承座两侧，主要作用是控制水平轧辊轴向位置，这是影响轧辊轴向位置的最主要因素，保持板磨损通常通过样板测量，当磨损量大于1 mm 时需要加垫调整或更换。

2 立辊系统

影响立辊工作面垂直度的因素主要有立辊辊箱与牌坊之间的配合间隙、立辊与立辊辊箱之间的配合间隙和立辊车削精度。这里主要分析立辊辊箱与牌坊之间的配合间隙和立辊与立辊辊箱之间的配合间隙对百米轨产品质量的影响。

2.1 立辊辊箱与牌坊的配合间隙

立辊辊箱上带有8 块衬板，每两块组成一个直角型的滑轨轨道。当立辊辊箱滑道衬板磨损严重时，立辊就会出现水平方向和垂直方向的晃动。当立辊水平方向出现晃动，立辊垂直轴线就会偏离水平辊轴线，导致钢轨咬入时打滑。当立辊垂直方向出现晃动时，会导致钢轨孔型失真。因此需要定期测量立辊辊箱和对应轧机牌坊上的衬板垂直方向和水平方向的间距是否符合标准要求。为了保证立辊在钢轨轧制过程中的稳定性，要求以上两个尺寸与标准尺寸偏差大于1.8 mm 时对衬板进行调整或更换，同时要定期检查牌坊滑道尺寸是否满足标准要求。

2.2 立辊与立辊辊箱的配合间隙

立辊与立辊辊箱进行装配时，立辊辊箱与立辊之间的尺寸配合影响立辊在辊箱内的固定，进而影响立辊在钢轨轧制时的稳定性。立辊辊箱在水平和垂直方向对立辊进行固定。为了保证立辊位置固定，需要定期测量立辊辊箱和立辊的相关尺寸，为了保证立辊与辊箱装配过程中无卡阻，同时保证立辊辊箱与立辊的装配精度，要求立辊端盖滑道宽度及立辊辊箱对应尺寸出现以下3 个条件之一时，即对立辊及辊箱进行维护和更换。条件：①立辊端盖滑道宽度尺寸小于标准值0.5 mm 时，对立辊端盖进行更换；②立辊辊箱窗口宽度尺寸大于标准值0.5 mm 时，对衬板进行更换；③立辊与立辊辊箱之间的配合间隙超出0.5 mm时，检查立辊和辊箱尺寸偏差，对出现问题的工艺件进行维护和更换。要求立辊两个端盖滑道之间的尺寸出现以下3 个条件之一时，即对立辊及辊箱进行维护和更换。条件：①立辊两个端盖滑道之间的尺寸小于标准值0.5 mm 时，对立辊端盖进行更换或者重新调整立辊轴承垫片；②立辊辊箱两个端盖滑道之间的尺寸大于标准值0.5 mm 时，对衬板进行更换；③立辊与立辊辊箱之间的配合间隙超出0.5 mm 时，检查立辊和辊箱尺寸偏差，对出现问题的工艺件进行维护和更换。

立辊垂直放入立辊辊箱内后，需要用立辊导卫板压紧，如果无法压紧，立辊在钢轨轧制过程中会出现沿水平辊辊轴中心线方向的位移，即在钢轨咬入前和咬入后，立辊与水平辊组成的孔型出现瞬间变化，导致钢轨咬入时，立辊与钢轨之间产生打滑现象，极易造成立辊粘钢和UF 轧辊切钢。因此要求立辊和立辊辊箱完成装配后检查立辊与立辊导卫板之间的间隙，当出现间隙时，要求检查立辊端盖高度方向的尺寸和立辊辊箱窗口内垫片尺寸，当立辊端盖高度方向的尺寸磨损超出1 mm 时进行更换，立辊辊箱窗口内垫片尺寸磨损超出0.5 mm 时进行更换。同时检查辊箱两侧的垫片厚度差值，厚度差值大于0.3 mm 时，要对垫片进行更换。

3 导卫系统

导卫系统稳定性主要包括导卫前后稳定性和左右稳定性。导卫完成辊系装配后出现前后晃动的主要原因有两个，一是导卫梁与轴承座横梁处的配合间隙过大，二是导卫偏心销孔和偏心销配合尺寸间隙过大。当导卫横梁和轴承座横梁之间间隙超过2 mm 时，就应该及时对垫片进行调整或者更换。通过测算，单个偏心销和导卫偏心孔配合间隙每增大1 mm，导卫前尖晃动量为3 mm。因此要求当导卫晃动量变大时，检查偏心销和导卫偏心孔配合间隙，当间隙大于1 mm 时对磨损较为严重的工艺件进行更换。

辊系装配完成后，如果出现左右晃动，要重点检查导卫偏心孔宽度和导卫盒上偏心销轴套的内间距，当导卫偏心孔宽度和导卫盒上偏心销轴套的内间距的尺寸差大于1 mm 时，要检查导卫和导卫盒子上的两个尺寸，并更换尺寸超差的工艺件。

4 总结

万能轧机辊系运行稳定性不仅会影响轧线的正常生产，还会影响钢轨的产品质量。水平系统和立辊系统的运行稳定性下降会造成孔型失真，对钢轨的通常尺寸波动造成影响；导卫系统的运行稳定性会影响钢轨的咬入状态，对轧辊和导卫粘钢，以及钢轨端部尺寸造成影响。因此，轧线需要定期对万能轧机辊系运行稳定性进行检测，及时更换和维护相关工艺件，以保证钢轨产品质量稳定。