中俄轧机油膜轴承差异研究_陈宗浩.pdf

Total No 280December 2022冶金设备METALLURGICAL EQUIPMENT总第 280 期2022 年 12 月第 6 期中俄轧机油膜轴承差异研究陈宗浩(太重集团太原重工油膜轴承分公司山西太原 030024)摘要以中俄经典的两种轧机油膜轴承为例，阐述了中俄轧机油膜轴承差异。研究结果表明，两者结构上均由承载、止推、锁紧、密封四个功能单元组成，但不同点在于两者为实现四种功能所采用了不同的形式;在安装维护上，两者的操作流程基本一致，但中式借助了液压机构及较多橡胶件辅助密封。两者结构各有特点，但殊途同归。研究结果对从事油膜轴承研发及使用维护，具有借鉴作用。关键词轧机油膜轴承中俄差异中图法分类号TH133 3文献标识码ADoi:10.3969/j.issn.1001 1269.2022.06.007Research on Differences of Rolling Oil Film Bearingsbetween China and RussiaChen Zonghao(Taiyuan Heavy Industry Co，Ltd，Oil Film Bearing Sub Company Taiyuan 030024)ABSTRACTThis paper takes two classic rolling oil film bearings of China and Russia as an example，thedifferences of rolling oil film bearings between China and Russia are expounded The research results show that thetwo structures are composed of four functional units of bearing，thrust，locking and sealing，but the difference liesin the different forms used by the two to achieve the four functions;in terms of installation and maintenance，thetwo The operation process is basically the same，but the Chinese type uses hydraulic mechanisms and more rubberparts to assist in sealing The two structures have their own characteristics，but they reach the same goal Theresearch results can be used as a reference for the development and maintenance of oil film bearingsKEYWORDSRollerOil film bearingComparison between china and russia1前言现代热轧机组多采用油膜轴承作为其转动副1，依靠循环的润滑油降低摩擦系数以及降低运转时产生的热量，以达到承接轧制力的目的2。较滚动轴承而言，因其在相同空间内可提供更高的承载力，耐冲击性强的优势3，自 1934 年开始应用在各种冷、热轧、线材、棒材轧机当中，尤其是在热连轧机组上，更是被广泛采用4。经历了近 80 余年的研发及使用，各国油膜轴承也经历了不同的演变过程，发展出各具特点的结构形式。下面主要以中俄两国油膜轴承为例，详细阐述其间各自不同之处，有助于轧机及轴承研发人员博采众长，进行结构设计改进;也有助于轴承使用者了解不同的油膜轴承形式，便于以后的安装使用及维护。2结构差异TZ 油膜轴承作为国内油膜轴承的典型代表，是在新中国成立初期依靠自主研制，后融会了前苏联及西方经验上创新发展而来，图 1(a)为典型的移动液压锁紧式油膜轴承，较广泛使用在热连03作者简介:陈宗浩，男，1987 年生，工程师，邮箱:paljingtian163 com轧机组上，是一种较为成熟的结构形式。俄罗斯油膜轴承是在前苏联的结构继承而来的，较我国的油膜轴承而言，在结构上有其独特之处，其典型代表为 EZTM，图 1(b)为其较为经典的一种结构形式。图 1两国轧机油膜轴承结构对比下面从油膜轴承的四个基本机构:承载单元、止推单元、锁紧单元及密封单元，分别对比中俄油膜轴承的不同之处。21承载单元中俄油膜轴承的承载单元均由锥套、衬套组成。进化历史基本相同:衬套从轴承座剥离而来，锥套由轧辊剥离而来，锥、衬套作为更换件，减少了维护成本;同时，两国的衬套均采用以钢背为基础，内孔覆盖巴氏合金的双金属材料复合而成5。中俄结构主要区别在于衬套的固定方式:我国较多采用通过在衬套偏心油腔中部开设定位孔，在轴承座侧面上以安装定位销的方式将其的圆周方向及轴线方向固定。由于是间隙配合，这种固定方式衬套存在小范围的活动空间，这个空间主要以设计尺寸及加工精度来保证;而俄油膜轴承则通过在衬套法兰处开设销孔，通过在轴承座端面上安装销轴限制其圆周方向的自由度，再通过轴承箱较长的“支腿”，将其推入到轴承座底部，以达到其轴向方向的定位。22止推单元当代中俄油膜轴承止推单元均采用了双列圆锥滚子轴承来分担锁紧时轴向派生力及轧制过程中的轴向力。而两者间的差别主要有:俄式保留了轴承盒的结构，通过盒盖上与轴承盒之间加设的垫片人工调整轴承游隙，如图 2(a)所示。同时，在相同的油膜轴承规格下，由于俄式油膜轴承的压环比中式更长，且深入到止推轴承内部，造成止推轴承的规格较中式略大，遂可平衡更高的轴向力，但结构也变得更加复杂庞大;而我国除了存在类似俄式止推单元结构的同时，近年来简化了轴承盒结构，演变成直接将止推轴承安置于轴承箱之中，通过轴承箱与盒盖之间安装的弹簧来调整轴承的游隙，这种方式优点是减少了结构零件，便于安装及制造，如图 2(b)所示。图 2止推单元对比23锁紧单元在热连轧机组上，中式锁单元主要由内置的螺环、锁紧螺母及配套的外置移动液压缸共同实现快速装拆功能;而俄式油膜轴承依旧延续着传统的机械锁紧结构，借助外界行车带动盘绕在螺母上的钢丝绳，通过卡环、螺环、定位键及共同实现锁紧功能。24密封单元密封单元是中俄油膜轴承最大的差异所在，最初的设计理念都是增加迷宫结构，以达到阻隔进水及防止漏油的功能。中式油膜轴承密封单元主要由钢制密封盖、多肢密封及水封构成，包含五道动密封及一道静密封，以大型橡胶件作为柔性材料充当动密封结构体，并将易损摩擦副设计为分体结构，便于操作更换的同时减低了成本，如图3(a)所示。而俄式油膜轴承的密封结构主要有两种形式:一种相对复杂，由钢制密封组件、挡油环、封水环、密封挡板构成了两道动密封及一道柔性静密封，如图 3(b)所示，其特点是采用了较少的橡胶件，由较多的结构件组成了迷宫密封，主要以橡胶垫、铜挡圈，挡环及弹簧组成了一种柔性密封，并依靠弹簧的压缩量实现对轧机运行时产生的轴向窜动进行动态调整及补偿。其优点是对轴向窜动的适应性较好，缺点是结构复杂，安装更换繁琐。除此之外，俄式密封还有第二种结构，如图 3(c)所示。这种结构较上述第一种俄式密封相对简单，其主要由钢制密封盖、挡油环及聚氨酯环组成，共形成了两道动密封迷宫结构。其特点是加13陈宗浩:中俄轧机油膜轴承差异研究2022 年 12 月第 6 期工、安装方便，缺点是由于密封迷宫数量少及简单，其防水效果有待改进。图 3密封单元对比3部件细节差异从结构上看，楔形压力油腔是承载力的主要影响因素，楔形压力油腔的结构主要由衬套、锥套的结构尺寸，以及之间的相对间隙构成。31衬套对于静 动压油膜轴承，两者的设计理念也存在区别，导致在不同方面上各有优势:中式油膜轴衬套在承载区对称开设有两个枣核型静压油腔，由一个长直孔将两个油腔接通，并通过阻尼器，尽可能得保证两个油腔的压力均分。但由于管路长度略有不同，实际工作时的压力还是存在细微的区别，如图 4(a)所示。俄式油膜轴承在承载区开设有四个对称的矩形窄油腔，并在法兰端及非法兰端同时开设等距的进油孔将其与矩形油腔联通，如图 4(b)所示。图 4静压油腔对比该结构的主要优点是:(1)由于静压出油口增多，因此所需静压供油压力小于中式静压轴承，提高了静压供油的利用率，便于静压供油系统元件设计选型，同时，降低了使用维护成本。(2)当轴承发生偏载时，油腔压力也随之发生变化，间隙减小的位置压力升高，使轴承可以围绕中心转动，起到自位调节作用，减少了偏载量。(3)另外，这种设计使工作区油膜压力分布更加均匀，减小了由于受力不均造成合金局部磨损过大，所导致合金产生非正常性龟裂的问题，增加了巴氏合金使用寿命。但此种结构要求同时为四个静压孔供油，因此压力油需分配到四条管路上，依靠在每条管路上安装孔节流装置以保证流量平均分配。从加工工艺性上讲，中式衬套同时从法兰端面钻两深度不同静压深孔;而俄式静压衬套静压孔的加工方法为从衬套两端面分别钻孔，其优点是便于加工，不会出现由于刀具强度不够而折断的问题，且孔的尺寸易于控制。但缺点是，加工时需翻转零件，增加了操作流程，且现场使用安装也较为复杂;其供油方式通过一个总进油孔进入一根长管路，管路两端各引出一根软管，分别接在衬套两端面的静压进油孔上。32锥套中俄在锥套的设计理念上，也存在不同的风格:中式锥套像是在做“减法”，仅保留径向承载的关键功能，如图 5(a)所示;而俄式锥套更像是在做“加法”，除去平衡轧制过程中的径向载荷以外，增设了平衡轴向载荷、增设油路及加强油封等功能，如图 5(b)所示。其增设的油路为:在与密封装置结合端外圆加工有一凸台，用以联接挡盖及尾环;锥套内孔靠近密封端内孔，加工有密封槽，装上圆橡胶后，与轧辊形成静密封。除此以外，两种锥套内锥面都设计有油槽及油孔，使锥套内孔及轧辊外表面存有润滑油，避免抱死现象产生。中式油膜轴承内锥面开设有环形油腔，更有利于润滑油的填充及流动，更易于拆卸，如图 5(a)所示;而俄式锥套内锥面的油孔数量较中式偏少，如图 5(b)所示。图 5锥套结构对比这种形式的优点是以钢件替代橡胶件作为密封件，可有效得减小油膜轴承运行中由于锥、衬套端部挤出的压力油对密封造成的冲击伤害，从而延长密封件的使用寿命;同时，由于尾部增设了密封槽，提高了封油的效果。但缺点是零件众多，加232022 年 12 月第 6 期总第 280 期冶金设备工、安装繁琐。除此以外，俄式锥套壁厚较厚，多以“长键”结构为主;而中式锥套由于壁厚较薄，“长键”结构在轧制过程中会产生的周期性波动，对板型控制不利，故已由“长键”进化为“短键”结构，由“短键”演变为“无键”结构。除此之外，俄式锥套的锥度多为 1:5，而中式锥套 1:5、1:5.647 均有，以1:5.647 居多。33轴承箱轴承箱的主要作用是安置止推轴承，用来分担运行时产生的轴向力。在这一点上，中俄油膜轴承的结构是相同的。除此以外，俄式轴承箱“支腿”较长，直接延伸到衬套法兰端，用于限制衬套的轴向位移;而中式油膜轴承衬套的轴向及径向位移是通过安装在轴承座上的衬套定位销限制的;其次，中式油膜轴承的止推轴承进油孔开设在直径水平方向，而俄式的却开设在轴向竖直方向，并通过在直径方向加工的长孔与其接通。另外，还存在一种平面止推的俄式油膜轴承，如图 6 所示。图 6俄式油膜轴承轴承箱结构图其轴承箱带平面止推型设计，靠近止口内端面加工有凹槽，凹槽中以巴氏合金覆盖，与止推环端面相配合，间隙为 1mm 左右。随着止推环的旋转，在巴氏合金表面，形成一层压力油膜，起到减缓轴向窜动的作用;其另一端面联接顶盖，在顶盖与轴承箱内孔端面形成的间隔中装入骨架油封，以防止漏油进水的现象产生。这种俄式油膜轴承由于结构形式紧凑，不含止推轴承，采用平面止推的形式，通过轴承箱、止推环分担轴向力，可缩短油膜轴承的轴向空间结构，但由于对加工及安装精度要求高，实际使用效果并不理想的原因，现已很少使用。34箱盖组件及端罩中俄油膜轴承的端罩组件差异较大:中式油膜轴承端罩与箱盖之间通过转轴相连接，可实现合页式开合，如图 7(a)所示;而俄式油膜轴承由于锁紧结构的不同，采用分体式设计，拆卸时需要先将端罩整体移除，故设计方在端罩底部开设有放油装置，如图 7(b)所示。图 7端罩组件对比同时，中式油膜轴承箱盖组件主要用于连接轴承箱及端罩，并通过其与螺母的凸台，起到快速拆装的作用，如图 8(a)所示;俄式在箱盖组件与定位环之间开设了迷宫形的刚性密封油路，用于尽可能多的将润滑油阻挡在端罩以内，如图 8(b)所示。图 8箱盖组件对比4结论全文通过从油膜轴承的承载、止推、锁紧、密封四个基本单元及结构细节等方面，对中俄油膜轴承做了详细对比研究，介绍了各自的特点，其中借鉴之处有:(1)从结构上看，两国油膜轴承通过不同结构形式实现了径向承载、轴向止推、锁紧及密封的功能，特别是俄式平面止推结构形式，结构紧凑，若能在稳定性上加以改进，可大大缩短整体空间尺寸。(转 117 页)33陈宗浩:中俄轧机油膜轴承差异研究2022 年 12 月第 6 期图 3四号高炉服务器指标监控画面参考文献 1Prometheus 实战EB/OL 2022 03 22 https:/prometheus io/docs/introduction/overview/2Prometheus 学 习 指 南EB/OL 2022 03 22https:/wwwprometheuswang/quickstart/whymonitor html 3 王晓锋，马丽丽 基于 Prometheus 的油田数据泄漏防护大数据系统运维方法 J 软件工程，2021，(04):4346 4 黄静，陈秋燕 基于 Prometheus+Grafana 实现企业园区信息化 PaaS 平台监控J 数字通信世界，2020，(09):70 72 5 邱亮亮 基于 Prometheus 的高速公路机电运维平台设计 J 中国交通信息化 2020(10):135 137 6 刘启东 基于 Prometheus 的边缘机房监控系统设计与实现 D 浙江:浙江大学，2021 7 马永，吴跃，何李囡，等 基于 Prometheus 的基础软硬件全链路监控设计和实现 J 电子技术与软件工程2019(24):39 40 8 许辉，吴建明 罗克韦尔 PLC 数据采集与可视化实现 J 山东工业技术，2021，(06):79 83 9windows_exporterEB/OL 2022 03 22 https:/github com/prometheus community/windows_exporter 10 YAML EB/OL 2022 03 22 https:/baike baiducom/item/YAML/1067697(收稿日期:2022 03 29檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱)(接 33 页)(2)从安装维护上看，特别是在密封结构上，俄式将聚氨酯环作为密封耐磨件的运用，是其一个特点。聚氨酯因其具有由柔性的长链多元醇和刚性的异氰酸酯嵌段而成的分子主链，极性和非极性共存的链段，氢键的广泛连接等分子特点，可在有效分散应力作用的同时，进一步提高了化学稳定性及机械性能，但其在耐高温、耐水性尤其是耐碱性上较差。而丁腈橡胶则是由丙烯腈与丁二烯单体聚合而成的共聚物，因其具有良好的耐油性、耐腐蚀性、耐热性及气密性，被广泛的应用于工业密封上。两种材料若能组合使用，互相补充，将可大大提高密封效果及安装效率，同时降低维护成本。此次研究可供油膜轴承研发设计人员借鉴，起到触类旁通的作用。同时，由于国内轧线种类繁多，不乏存在各国轧机并用，各类油膜轴承共存的现象，通过阅读本文，也可供现场实操人员更好的了解及使用各种结构类型的油膜轴承。参考文献 1 郭溪泉 轧机油膜轴承M 北京:机械工业出版社，1998 2 高悦鹏 巴氏合金/钢的界面损伤机理及结合性能研究 D 山西:太原科技大学，2021 3 赵新泽，彭文昱，徐翔，等 结构参数对滑动轴承润滑性能的影响J 机械设计与制造，2018(07):214217 4Decamillo S M FLUID FILM BEARINGS Selection，Troubleshooting and Repair 5 宋阳 油膜轴承衬套磨损及界面应力场研究D 河北:石家庄铁道大学，2021(收稿日期:2022 03 09)711吴建明等:基于 Prometheus 的高炉控制系统服务器监控2022 年 12 月第 6 期