【文章內(nèi)容簡介】 發(fā)展為國產(chǎn)油膜軸承提供了市場。對軋鋼機械而言，目前世界潮流仍以油膜軸承為主，因為與滾動軸承相比，在軋鋼機械上油膜軸承具有承載能力大、摩擦系數(shù)小、抗沖擊能力強、徑向結(jié)構(gòu)尺寸小、使用壽命長、運轉(zhuǎn)精度高、綜合成本低等特點 。軋機油膜軸承廣泛應用于各類板帶材軋機、線材軋機和鋼鐵、銅、鋁、鈦等有色金屬軋機，逐漸取代滾動軸承而成為重要的承載部件，在軋制生產(chǎn)中具有突出重要的地位和作用。 世界范圍內(nèi)主要有兩家大型軋機油膜軸承生產(chǎn)廠家，分別是中國的太原重型機械集團公司和美國摩根公司。世界油膜軸承的格局不斷發(fā)展變化，摩根公司繼續(xù)保持較快的發(fā)展勢頭，為了限制太重產(chǎn)品的市場，摩根最近連續(xù)在中國申報專利、擴張市場，并在上海辦廠直接利用品牌打進中國市場；德國、英國、日本一些生產(chǎn)軋機的廠礦也在多年生產(chǎn)油膜軸承的基礎上開發(fā)自己的技術(shù)，已經(jīng)有推出自主新 產(chǎn)品的趨向。由于中國軋機油膜軸承潤滑理論研究、油膜結(jié)構(gòu)研究及制造技術(shù)研究與美國相比，尚有較大差距，導致產(chǎn)品技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量尚有較大差距，許多大型軋機仍采用美國摩根產(chǎn)品。因此，在這樣嚴峻的形式下，必須加強我國自主知識產(chǎn)權(quán)的新型油膜軸承的理論研究、實驗和開發(fā)。 中國軋機油膜軸承技術(shù)，是在 “獨立自主，自力更生 ”方針 指導下發(fā)展起來的?；仡櫩偨Y(jié)、研究中國軋機油膜軸承技術(shù)，對于認識、促進、發(fā)展中國軋機油膜軸承技術(shù)是有益處的。 軋機油膜軸承技術(shù)，是個系統(tǒng)工程技術(shù)，同時，也是個多學 科領域的綜合性工程技術(shù)，它的發(fā)展速度 和所形成的配套能力，從 一個側(cè)面反映了中國工業(yè)的發(fā)展速度與所達到的水平。茲從運行技術(shù)、 制造技術(shù)、測試技術(shù)、理論研究、產(chǎn)品開發(fā)、成套能力等幾個主要方面進行簡要的論述。 1. 運行技術(shù)，包括軋機油膜軸承零部件的儲放、清洗、安裝、調(diào)試、運轉(zhuǎn)、維修、診斷、管理等一整套知識與技能。運行技術(shù)的正確運用，是軸承安全運行的可靠保證。 軋輥油膜軸承是一種滑動軸承，其原理是利用流體動壓理論，軸旋轉(zhuǎn)時，在軸與軸軋機油膜軸承巴氏合金離心澆鑄過程的模擬 分析 4 承的工作區(qū)域形成一個完整的壓力油膜，使金屬脫離接觸，形成純液體摩擦。軋輥油膜軸承的承載及運行精度，除與幾何尺寸、軸承 轉(zhuǎn)速、潤滑油粘度有關外，與制造精度、材質(zhì)選擇也有很大關系。 油膜軸承主要由徑向承載件、軸向承載件、鎖緊裝置、密封裝置及其它零部件等 6個部分組成。徑向承載件主要是襯套和錐套，用于承受全部軋制壓力。軸向承載件主要由止推軸承、軸承箱、箱蓋組件、軸承盒和盒蓋等零件組成，用于承受軋制時產(chǎn)生的軸向載荷及軸承的軸向定位。鎖緊裝置主要由機械式或液壓式機構(gòu)組成，其功能是將油膜軸承緊固在軋輥上。密封裝置主要由輥頸密封機構(gòu)、靜密封件等組成，其作用是防止?jié)櫥屯饴┮约袄鋮s水、乳化液等污物侵入軸承。多家多機架軋機油膜軸承的投入運行，使我國軋機油膜軸承運行技術(shù)得以普及和提高。在管理方面，有了一支專業(yè)化的技術(shù)人員和技術(shù)工人隊伍，有專用的工作場地，油膜軸承工作間實行封閉，油膜軸承維修人員、潤滑人員都有明確的崗位職責和操作規(guī)程，分工日益精細，管理更趨科學、規(guī)范。由于軸承結(jié)構(gòu)的改進和潤滑系統(tǒng)的更新，在軸承安裝調(diào)試和潤滑系統(tǒng)的維護操作上，都比 50年代有了很大的進步，加之連軋機油膜軸承的成功使用，使運行技術(shù)向現(xiàn)代水平又靠近了一步。 油膜軸承的設計是在軋機方案設計、技術(shù)設計完成之后，根據(jù)軋機工作制度、軋輥尺寸、牌坊窗口尺寸及其他一些技術(shù)要求，計算軸承 的幾何參數(shù)、運動參數(shù)、物理參數(shù)等。對于不同的軋機類型，如中厚板可逆軋機、熱連軋機、冷連軋機、有色金屬軋機等，由于其速度、載荷、工作方式、軋制制度等不同，油膜軸承承載計算也各有不同。一般來說，低速及可逆軋機油膜軸承計算屬于剛流潤滑理論，主要特點是不考慮軸承工作過程中的溫升；高速及連軋機油膜軸承計算屬于熱一彈流潤滑理論，計算特點是既考慮軸承的發(fā)熱與散熱、軸承中的熱積累對性能的影響，又考慮到工作過程中主要受力件變形對軸承性能的影響。 為適應現(xiàn)代軋機大型、高速、重載、連續(xù)、自動的特點，油膜軸承特有的無鍵結(jié)構(gòu)、快速液 壓鎖緊結(jié)構(gòu)、雙止推全對稱結(jié)構(gòu)、多肢迷宮密封結(jié)構(gòu)、在線溫度監(jiān)控、動一靜壓結(jié)構(gòu)等技術(shù)，能滿足軋機承載能力、運轉(zhuǎn)精度、工作穩(wěn)定性方面的要求，成為軋機的核心部件。 了解和掌握當代國內(nèi)外油膜軸承先進技術(shù)，對軋機油膜軸承的選型和使用有一定的指導作用，對提高鋼廠裝備技術(shù)水平和經(jīng)濟效益有著重要意義 2. 制造技術(shù)，我國軋機油膜軸承主要零件的研制，始于 50 年代后期，是在一無圖樣、二無資料、三無專有設備的情況下進行的。 第一章 引 言 5 研制軋機油膜軸承主要零件，并非易事，從材料選擇、工藝路線、加工方法到專用工裝設計與制造等有著一整套的工作程序 。從材料選擇上，要考慮到錐套與減摩材料的配對，錐套的鍛造工藝性，襯套鋼套與減摩材料的結(jié)合，鋼套的工藝過程；從工藝路線上，要滿足錐、襯套的技術(shù)要求，同時還要利用已有加工設備， 這本身需要理論與實踐的很好結(jié)合，比如，在鋼套的內(nèi)表面如何 進行物理 (包括機加工 )與化學處理，才能增加結(jié)合力；在加工 方法上，我們知道，錐套與襯套是民品中加工精度最高的，錐套 表面粗糙度為Ｒ ｍ (襯套為Ｒ m)，幾何精度高，變形難以控制，表面粗糙度低，必須進行超精加工，表面不允許出現(xiàn)多棱柱、螺旋、振紋等；專用工裝的設計與 制造，也是很重要的，是實現(xiàn)加工方法，保證加工精度的關鍵。 60 年代初期，完成了在普通機床上研制油膜軸承主要零件的制造。 60 年代末期，太原重機廠建成了軋機油膜軸承專業(yè)化生產(chǎn)車間，開始了我國整套制造軋機油膜軸承的新時期。 3. 測試技術(shù)，包括兩部分：一部分為零件加工的測量技術(shù)，另一部分為試驗研究中的測量技術(shù)。 由于油膜軸承主要零件的加工精度高，要求測量精確、快捷。為了達到這一要求，首先要有高精度的測量儀器 (具 )和與之相配套的輔助儀器 (具 )，同時，對加工中的測量和加工完成后的質(zhì)檢測量，必須執(zhí)行科學的測量方法和具 有嫻熟的技術(shù)。為此，除了購買、定制高精度測量儀器 (具 )外，還設計、制造了專用儀器 (具 )及附具，執(zhí)行一套科學的測量方法和程序。這就保證了測量重復性好，精度高。 為深入了解油膜軸承工作時的參數(shù)情況，探討規(guī)律性，太原重機廠從 1972 年開始做了大量的試驗室的臺架測量和軸承在實際工作運行中的承載、轉(zhuǎn)動、耗電、供油等外部內(nèi)部參數(shù)的測量工作。測試范圍，包括軸承內(nèi)部工作區(qū)域的油膜壓力場、油膜厚度場和油膜溫度場等，這些場量的測量屬于非常規(guī)性的，從測量傳感器到二次儀表，均無現(xiàn)成的可買，所以，要自行研制。以太原重機廠強度試驗室為 主體，建成一支專業(yè)測試隊伍，與清華大學等單位聯(lián)合攻關，進行了測試技術(shù)和儀器儀表的研究、研制工作，先后進行了電阻式、電感式、電容式和電渦流式測試技術(shù)與 一、二次儀器的研究和研制，并成功地獲得了大量數(shù)據(jù)，重復性好，規(guī)律性強，測量精度高。同時，還對相關技術(shù)，包括定標、抗干擾、回轉(zhuǎn)信號的輸送，以及多種信號的同步測量、記錄、打印等進行了研究和應用。 4. 理論研究，在軋機油膜軸承主要零件研制成功后，原機械部把產(chǎn)品開發(fā)與理論研究的任務同時下達給太原重機廠， 60 年代初期的理論研究工作，主要是產(chǎn)品的設計計算，軋機油膜軸承巴氏合金離心澆鑄過程的模擬 分析 6 其基礎是以經(jīng)驗 為主。 隨著軋機裝機水平的不斷提高，帶動了軋機油膜軸承的理論研究工作，真正自主開展理論研究工作，始于 1974 年。當時的主要工作是探討工作機理，從經(jīng)典潤滑理論建立數(shù)學模型，數(shù)值計算方法，準解析方法等，把理論研究又引深一步。鑒于經(jīng)典理論的油膜峰值壓力達 100MPa 以上，繼而進行了彈流理論的應用研究工作，當時，研究彈流的一些學者，只注重了反形接觸的高副彈流的研究，而對滑動軸承，認為是非典型彈流問題，甚至有人認為重載油膜軸承不屬于彈流范疇。經(jīng)過深入研究后，發(fā)現(xiàn)膜厚 的周向分布出現(xiàn)了明顯的 “ 頸縮 ” 這一彈流理論中特有的 現(xiàn)象，膜后的軸向分布也異于經(jīng)典理論，油膜壓力峰值位置后移，而且，偏心率可以計算到 ε 1，證實了軋機油膜軸承潤滑理論屬于彈流問題。隨著現(xiàn)代連軋機向高速重載方向發(fā)展，繼而又進行了熱 — 彈流理論的研究。同時，也比較深入地進行了靜 — 動壓潤滑理論的研究工作，設計開發(fā)了我國首套靜 動壓油膜軸承。 5. 產(chǎn)品開發(fā)，我國設計開發(fā)軋機油膜軸承，其基礎是前蘇聯(lián) 50 年代初期制造的軸承產(chǎn)品和一點工廠資料。當時的軋機油膜軸承，從性能上來說，只適用于低速軋制；從結(jié)構(gòu)上來說，比較陳舊，裝拆、維護都很不方便。從 60 年代中期開始，我國自行設 計制造厚板、特厚板軋機和 1700mm 熱、冷連軋機，在當時的國際環(huán)境下，軋機軸承只能自行研制，由于特大型滾動軸承制造困難，就都采用了油膜軸承。 第一代國產(chǎn)軋機油膜軸承，以 4200mm 特厚板軋機的 φ 1300mm 油膜軸承為代表，屬于低速重載，只是在結(jié)構(gòu)上較蘇式 油膜軸承有了較大改進 ,第二代國產(chǎn)軋機油膜軸承，以 1700mm 熱、冷連軋機的 φ 1100mm 油膜軸承為代表，軋機速度提高了，結(jié)構(gòu)設計改進了，裝拆的快速性改善了；第三代國產(chǎn)軋機油膜軸承， 以 650mm板軋機的 φ 500mm靜一動壓油膜軸承為代表，軸承性能顯著改善 ，承載能力提高了一倍，結(jié)構(gòu)設計也趨完善，接近摩戈伊爾軸承，是世界上繼美國、前蘇聯(lián)之后第三個獨立設計制造靜一動壓油膜軸承的國家。我國軋機油膜軸承的獨立開發(fā)能力，僅次于美國和前蘇聯(lián)，但從靜 — 動壓油膜軸承的深入研究與形式選擇來說，我們優(yōu)于他們。比如說，關于油腔的設計，美國采用中央一個油腔，前蘇聯(lián)采用四個油腔，而我國采用軸向?qū)ΨQ雙油腔 式，直到 1994年，美國的靜一動壓油膜軸承才由單油腔改進為雙油腔式，可見一斑。標志軋機油膜軸承當代水平的是 90 年代初為酒泉鋼鐵公司研制的 φ 1350mmTZ 牌油膜軸承，采用了對稱雙油腔 靜 動壓油膜軸承液壓鎖緊、新型回轉(zhuǎn)密封、雙向止推及快速裝拆等先進技術(shù)。 6. 成套能力，中國軋機油膜軸承，共采用過三種類型：純靜壓、純動壓、靜 — 動壓。純靜壓油膜軸承未在軋機行業(yè)得到推廣，純動壓油膜軸承被廣泛地應用在各類可逆軋機第一章 引 言 7 及熱連軋機上，靜 — 動壓油膜軸承主要用在冷連軋機上，也采用在強化軋制的可逆軋機上。評價這三類油膜軸承的成套能力，以靜 — 動壓油膜軸承為代表： (1) 軸承本體的設計與制造，在設計上，油腔形狀、大小、數(shù)量、位置的確定，軸承主要參數(shù)的選擇，靜壓系統(tǒng)壓力、流量、粘度的確定，數(shù)值計算、選優(yōu)，以及 在制造上保證高承載能力、高運轉(zhuǎn)精度等，都能自行完 成，并為用戶提供 AGC 系統(tǒng)所需要的油膜厚度變化修正曲線； (2) 超高壓供油系統(tǒng)，在系統(tǒng)設計上，可以根據(jù)軋機的不同軋制制度，設計出適應要求、安全可靠的超高壓供油系統(tǒng)，并與軸承設計一起確定經(jīng)濟合理的壓力 —流量參數(shù)，還在系統(tǒng)中裝備一套保證四個軸承中各油腔壓力均衡的特殊裝置。在超高壓元器件上，80 年代初，我國即已研制成功了工作壓力為 100MPa、流量為 10L／ min 的泵、集 —分流器、泄荷閥、壓力表、軟管、快速接頭等，實現(xiàn)了國內(nèi)自行成套，并投產(chǎn)使用。 (3) 液壓鎖 緊與快速裝拆，快速裝拆，在 70 年代末期即開始用于產(chǎn)品，滿足現(xiàn)代軋機， 特別是連軋機的使用要求。為更好地控制錐套軸向壓緊力及快捷、安全的裝拆，80 年代初，即開始研制液壓鎖緊裝置，現(xiàn)已成功地運用在產(chǎn)品上。 (4) 回轉(zhuǎn)密封，現(xiàn)代軋機，特別是連軋機，軋制速度不斷提高，對軸承回轉(zhuǎn)密封的要求也越采越嚴格。在吸納當代各種回轉(zhuǎn)密封優(yōu)點的基礎上，逐步改進形成了我國的回轉(zhuǎn)密封形式，從模具設計、膠料配方、硫化工藝、理化檢驗與成品測試等都成熟配套。 從以上所列舉的六個方面，不難看出，我國能成套設計制造動壓、靜 — 動壓軋機油膜軸承及 動壓、靜壓供油系統(tǒng)，滿足各類現(xiàn)代軋機的要求?？梢赃@樣說，中國軋機油膜軸承技術(shù)，已經(jīng)成為一個完整的系統(tǒng)工程技術(shù)，中國軋機油膜軸承技術(shù)是獨立發(fā)展起來的，是中國軋機油膜軸承工作者緊密配合，共同努力的結(jié)果；當前，又融進了外國的先進制造技術(shù)，正在向更高的境界邁進 。 軋機油膜軸承與滾動軸承相比 ,有許多不同之處 ,主要有以下一些特點。 承載能力大 :承載能力的大小 ,是與滾動軸承相比較而言的。相比的條件是 :軸承的外徑尺寸相同 ,或者說 ,與軸承相配合的軸承座內(nèi)孔直徑的尺寸相同。具體地說 ,是指油膜軸承襯套外徑與滾動軸承的外徑尺寸相同 。為便于說明 ,引用蘇聯(lián)的一個資料 (見表 11)。從這個表里 ,可以看到油膜軸承的承載能力遠比滾動軸承大?？梢钥闯觯湍ぽS承的承載能力大約是滾動軸承的 倍。 使用壽命長 :從原理上說 ,油膜軸承是液體摩擦軸承 ,是不會發(fā)生磨損的 ,實際上 ,即使是正確地使 用和妥善地維修 ,也是要發(fā)生磨損的 ,只是很輕微而已。油膜軸承的理論壽命為 15年～ 20年 ,實際壽命要比理論的短些 ,國內(nèi)一架軋機上的￠ 600 mm油膜軸承 ,襯套的軋機油膜軸承巴氏合金離心澆鑄過程的模擬 分析 8 一個工作面用了 6年～ 7年還未見一點損壞。而滾動軸承在軋機上的使用壽命 ,就短得多了。目前軋機上油膜軸承的壽命 是滾動軸承壽命的幾十倍。 結(jié)構(gòu)尺寸小 :結(jié)構(gòu)尺寸小 ,是指在相同承載能力下 ,油膜軸承輪廓尺寸要比滾動軸承小。這一優(yōu)點 ,一直未被人們重視 ,但這卻是一個很大的優(yōu)點。一般地說 ,當輥身直徑相同時 ,軋機牌坊的窗口尺寸也相同 ,但油膜軸承尺寸小 ,軸承座上的余地大 ,這樣 ,就可以在軸承座的空余地方設置軋輥平衡缸、彎輥