四辊轧机轴向力受力分析及预防措施

四辊轧机轴向力受力分析及预防措施

宫兴锋

北京首钢股份有限公司 ， 河北省迁安市 ， 064400

摘要:四辊轧机轧辊的轴流式窜动往往引起机械设备故障,从而导致大修和停产等经济损失,但由于轴向窜动大多是由工作辊轴向力过大造成的,因此通过对轴向力的主要形成因素进行分析并提出改进对策,就可以大大降低此类事件的出现。

关键词:四辊轧机、轴向力、预防措施

一、四辊轧机在轧制时产生轴向力的原因

(1)轧辊轴线水平方向交叉。四辊轧机的支撑辊及工作辊轴线不会绝对平行，可能存在辊间交叉，必然引起轴向分力。如果交叉过大轴向力克服辊间摩擦力会引起轧辊窜动。在高速轧机加工过程中，由于板坯为热态流动性强，所以轴向力主要产生在工作辊与支撑辊间，窄带钢四辊轧机工作辊受到了更高的轴向冲击力，轴向冲击力则直接作用在轧辊的轴承上，严重会造成轴承损坏。

(2)当轧件的头部舌形长度较长，轧件咬入轧机咬偏，轧件一侧先于另一侧咬入，咬入的冲击力作用于轧辊一侧，使轧机工作辊产生水平向偏移,同时由于轧辊的支力直接产生于另一侧贴近的窗口轴承衬板上,引起轧机工作辊和轧机支承辊之间的轴向水平偏移交叉,从而产生了巨大的轴流式撞击。

(3)轧辊的轴线垂直方向交叉。当下拉式支撑轴承辊和垫木辊两边均有不等辊缝厚度，当两台轧钢机高速调整旋转方向时,辊缝厚度大小不均，二辊两边辊缝厚薄之差、轧辊的轴向力和精度差等都很有可能会引起两台轧辊机的轴线径向相互交叉,从而形成轴向力。

(4)由传动装置所产生的周期性轴向力。由于工作辊径变化,万向节轴托大小不均,且由于万向节主轴较长,转动惯量也很大,在轧制时形成了周期性轴向的长度冲击。

二、各参数对轴向力的影响

2.1辊间交叉角对轴向力的影响

由于轧辊交叉处夹角的不断增加,轴向力将逐渐呈现显著的增大态势。轴向力的传动大小主要取决于整个轧制力和轧件交叉旋转角,轴向窜动量也直接受到整个轧件轴尺寸的大小影响,其轴向累积率将直接决定于整个轧件的尺寸。

2.2轧制压力对轴向力的影响

从整体微观力学角度看,压强增大对整体向切力和摩擦力的直接影响主要包括：

1. 使两个微凸体之间的轴向力度增大,向切力和摩擦力也随之增加；

2. 由于轴向黏结的强度大幅提高,使整体极限预位的平移力大幅增加,并大大提高了轴向粘滞运动区的相对运动长度,从而可以使切向切轴运动力的阻力大大减小。

2.3轧辊粗糙度对轴向力的影响

轧辊表面涂层粗糙度对轴向力的运动影响也相当灵敏,在特定的润滑乳化液应用条件下,它不仅可以充分利用与轧辊间的摩擦力对新的轧辊轴向力也起到一定影响.轧辊表面的涂层粗糙度通常是随着轧辊应用一段时间而逐步提高的,与之密切有关的轧辊轴向式压力值也因此而不断提高。

2.4轴向冲击对轴向力的影响

轧件咬进时,轧压骤然迅速上升,并由此形成很大的纵向轴流式轧压冲击.而由于这时装在轧辊上的轴向动应力较小,当一个轧件轴被抛出时,各个轧辊之间轴向动应力的比值较大,轴流式轧辊振动也就有可能会产生很大的轴向动载荷,从而直接形成了很大的轧辊轴向动应力。

三、轴向力的影响及改进措施

3.1轴向力对辊系部件受力状况的影响

轴向支承摩擦力增加使整个轧辊支承产生了围绕与支承主轴水平方向直线垂直的另一条水平直线方向旋转的运动趋势,使四辊轴承机架产生径向偏载。在一个水平附加方向上支承形成较大的水平附加径向支摩擦力,从而大大增加了整个圆锥或圆形滚子径向轴承的传动载荷。因为平衡增加了水平径向支反力的运动产生,从而大大减小了支承机架对轧辊轴承座产生水平方向支承的反力时所产生的径向影响,因此整个工作轴轧辊传动系统也将始终保持不平衡的运动状况,该平衡状态的机会从而大大降低了四辊轧机传动精度,增加对圆锥轧辊和滚子轴承座传动滑板径向运动时的机械磨损,这也是轧辊系统由于工作辊的温度不断增加的主要造成原因。轴承与辊颈强烈碰撞后,在辊颈部形成了很大的热应力,同时辊颈也变细,承受不了重压而破碎。

3.2预防措施

(1)严格控制了型钢轧机部件的安装精度,尤其是在轴承座中所有的零部件,都需要严格按规定进行安装到位,可以防止因为设备安装的不准确,造成在工作中的不平衡而产生轴向位移.

(2)定期反复检测各门牌坊窗口厚度尺寸,包括各门支承辊窗口厚度尺寸并且对重量超过以上各项规定且有误差的窗口尺寸还原后应当及时调整,并及时更新各门口窗口内衬板。定期检查不同型钢塑料轧机内部轴承座安装尺寸,对轧机轴承座内孔偏差超过国际标准长度偏差,对称轴承程度偏差超过国际标准长度偏差,外部轴承长度偏差低于国际标准长度偏差的轧机轴承座,进行定期返修或及时报废。

(3)粗轧轧件进连轧机时切头,缩短了头部舌状直径,以降低轧件头在四辊轧机中咬偏所引起的轴向冲击。

(4)四轴轧机在热压成型成品机架与热轧成品的连接前架上,为有效提高产品成型机架尺寸传动稳定性和成型轧机传动稳定性,适当降低了二架型钢轧机压下量,以减小轧制压力,进而减小了轴向力。

(5)人为因素虽然不可避免,但或多或少都是需要同时产生一些轴向驱动力,所以为了有效避免导致工作磨机轧辊的传动轴向受力移动,在正常工作的轧辊处处还增加了某些新的止力助推传动措施.又比如需要加装一些止力助推传动轴承,所及在工作轧机上还要安装一些止力助推盘等,而加装上述装置都会大大增加生产成本.

(6)还要建立合理的生产工艺质量规范,提高质量检查工作频率,严格地把质量检验关,同时也规定可尽量减少小心和轴向轴的移动,如对辊型运转曲线的轴向调节,工件和物料辊子的对中等移动.也就是要积极引导机械作业技术人员尽量减少短时间和扭矩大的加载运转时间,如何控制电机启动、停止、换向等的最小运转时间.

四、结论

本文重点分析了轧机轴向变应力的形成及其对轧机工作安全的直接影响,确定内部相变应力主要形成是由于轧机相变应力作用的形成结果,故在考虑设计要充分考虑特定轧机的万向力连接轴承的附加最大弯矩,与在特定轧机传动工作中长时间的交变、冲击等对万向按轴转能和受的这些工作过程中的负载因素的影响。因此要不断完善技术,以保证机器的正常工作,预防安全事故的发生。

参考文献

[1]李友荣，刘安中等四辊扎机轴向力研究[J].重型机械，2001(4)：6-10.

[2]高永生，邹家祥等四辊扎机辊系轴向力的实验[J].北京科技大学学报，1995(6)：3-4.