正八工作辊的轴向力原因以及计算比较.doc

工作辊轴承轴向力的原因分析以及计算比较

一．轴向力产生的原因：

1.跑偏 当钢带跑偏时由于钢带与工作辊摩擦，导致工作辊往跑偏方向偏移，同时两侧水平受力不均，轧辊产生一定的水平方向交叉产生轴向力。

2. 轧机牌坊倾斜 这其中包括机架牌坊相对中心线的不对称、下支承辊楔铁的不水平都会导致工作辊产生倾斜产生轴向力。

3.机架的震动 由于轧机在工作时产生震动，导致轧辊在各个方向窜动。

4.弯辊力不均 弯辊力是作用在轴承座上，操作侧与传动侧的弯辊力产生差值时，轧辊两侧受力不同产生倾斜，观察对比发现，轧机在工作时1、2、3架的弯辊力两侧差值一般小于5KN，4、5架差值差值一般在20KN左右，有的甚至达到80KN以上。

5. 轧辊的弧度和轧辊的应力变形以及轧辊轴向的硬度不均 轧辊有一定的弧度，在轧制过程中轧辊也可能会向两边产生一定的倾斜产生轴向力，当轴向的硬度不均时，轧辊在轧制过程中产生的变形量不同，轧辊也会出现倾斜。

6.轧制中两边的张力不均 在轧制过程中机架与机架之间存在张力，当操作侧与传动侧的张力产生偏差时由于摩擦会使工作辊在水平方向产生一定的交叉产生轴向力。观察发现在轧制时1、2、3架之间的张力差值几乎为0，而4、5架之间的张力差达到30KN。

7.轧制过程中的边浪、镰刀弯 当轧制过程中产生边浪时，说明轧辊两侧的间隙量产生了差值，这就说明轧辊有了一定的倾斜，这也会产生轴向力。

8. 轧制力的偏差 轧制过程中轧制出现偏差时由于轧辊受力不均也会产生倾斜，实际观察发现4、5架的轧制力偏差可以达到2t。

9.轧辊扁头与接轴器扁头配合间隙大 导致轧机在运转时甩动量大产生的轴向力。

10.轧辊与接轴架的中心不同轴 中间辊产生偏心转动，产生轴向力。

11. 十字万向传动轴的十字头轴承间隙过大 在轧制过程中使万向轴跳动过大产生轴向力。
对于以上轴向力产生的原因，其中轧辊交叉产生的轴向力最大，同时又会导致轴承座中的轴承内外圈产生不同轴，导致轴承产生局部磨损严重，游隙增大，滚动体局部受力，大大降低了推力轴承的寿命。 同时对我们厂现在使用的推力轴承的承载能力进行了查询，我们厂使用的是瓦房店生产的29324推力调心滚子轴承，在瓦房店轴承官网上查询的轴承载荷与国标29324轴承进行对比发现其轴向基本额定载荷偏小：
瓦房店 轴向基本额定动载荷 418KN
轴向基本额静动载荷 650KN
国标轴承 轴向基本额定动载荷 620KN
轴向基本额静动载荷 2066KN
这部分现在正在查阅厂里购买的轴承参数进行核实。

以上看出引起轧辊轴向力的原因很多，这里对轧辊交叉时工作辊承受的轴向力进行分析以及计算。轧辊交叉大致有以下几个方面：1，轧机机架牌坊磨损不均匀，配合间隙过大及不均匀分布，造成水平交叉进而产生轴向力，驱使轧辊产生轴向窜动。2，轧制咬入瞬间，钢板前端与工作辊辊缝出现夹角，导致轧辊，轴承座扭动。3，工作辊轴承座与下中间辊轴承座间隙过大。4，轧件存在温度差，导致两侧轧制力不同，造成轧辊倾斜。

二.工作辊轴向力的计算

辊交叉时工作辊与中间辊呈空间异面的夹角，假设夹角设为，假设中间辊以及带钢并没有产生中心偏移，由工作辊单独窜动，设工作辊与带钢的窜辊交角为，可以近似得到

轧辊交叉时轴承轴向力分为两个部分：工作辊与中间辊辊间的轴向力以及工作辊与轧件间的轴向力。

1. 工作辊与中间辊的轴向力计算。工作辊与中间辊是钢-钢副属于弹性摩擦，假设接触压力为赫兹分布，简化得到辊间轴向力的计算公式：，系数K=

注： ---辊间摩擦系数 （冷轧带钢工作辊生产时摩擦系数0.10~0.12） P---轧制力 K---系数 L---两辊接触区位移（冷轧辊辊径小取L=10mm） M---两辊接触区半宽极限预位移(轧辊水平不交叉时M=5mm，水平交叉时M值小于5mm，交叉越大，M值越小，M值还与工作辊转速有关，v越大，M值越小) V---轧辊形貌系数（冷轧轧辊工作辊由于辊径较小，工作时转速高，表面光滑，轧辊形貌系数较小取0.2） ---工作辊与中间辊接触交叉角，取弧度

2. 工作辊与轧件之间的轴向力计算。轧辊与轧件的动摩擦作用在合成相对滑动方向，其轴向力是分力，因为轧辊是钢性，而且轧制力属于均匀分布，中性点在变形区域的中点，最后简化得到工作辊与轧件之间的轴向力的计算公式：

P---轧制力 ---弯辊力 ---工作辊与轧件之间的交叉角（工作辊与中间辊间的交差角和工作辊与轧件间的交差角接近相等） r---压下率

3. 接下来可以得到工作辊在轧辊水平交叉时受到的总轴向力：

以正八辊轧机7线5架为分析对象，由于轧制力与压下率成正比，压下率r=15%~20%，取轧制力P=6000KN，弯辊力=400KN
分别取几组值，将数据带入公式得到结果如下：

1当时，时，

2当时，

3当时，

4当时，

5当=0.39时，，由于轧制过程中的边浪，镰刀弯，轧制力偏差以及温升的情况也会导致部分轴向力的产生，假设这部分的轴向力为F，其值近似为F的10%左右，那么当0.39时，得到整个工作辊工作时的总轴向力F=F+F=1.1F=463.57 KN>418KN，此时轴向力超过推力调心滚子轴承极限载荷，轴承烧毁。

通过数据以及图像分析：工作辊与中间辊之间的轴向力随着交差角的增大急剧增大，在函数图像上显示曲线增幅很大，因为交差角增大，辊接触区半宽极限预位移会急剧变小，正八辊生产线5架轧机转速很高，导致工作辊与中间辊粘滞区域面积下降，机架内可能会出现震动，由于两辊之间的接触压力为周期分布，所以产生的轴向力可能会突变，推力轴承承受这种轴向力时的工作环境更加恶劣，可能会发生推力轴承已经预损毁，而主操以及操作工并未即使发现，该情况如果工作辊轴承继续工作肯定会烧毁推力轴承；而工作辊与带钢的产生的轴向力主要与带钢材料条件，轧制力，和压下率及交差角等因素有关，交叉角只是其中较大的一个因素，从函数图像上分析，轴向力的增大随着交差角的增大而增大，但增幅较为平缓，由于带钢与工作辊之间的轧制力属于均匀分布，所以这种轴向力并不会发生突变，但是这种轴向力依然是不可忽视的因素，当交叉角较小时，轴向力主要来自带钢与工作辊之间的轴向力，这些轴向力的产生主要来自带钢的厚度差，工作辊的辊径差，轧制力偏差以及CPC纠偏不稳定等因素，要控制轴向力的大小这些因素依然不能忽视。

对正八5架工作辊的针对分析：当轧厚料时，5架由于压下率一般较小，轧制力不大，但是由于工作辊辊转速，轴承内部配件承受的剪力和弯矩很大，由于1~5架工作辊材质均相同，5架工作辊辊面载荷并不高，但是由于转速快，工作辊与中间辊之间的接触压力变化很快，造成5架工作辊易疲劳，而对于轴承座，由于轴承内部配件受到的冲击载荷很大，加上温度较高，工作辊轴承工作环境恶劣，对周围的工作环境更敏感。轧薄料时，由于压下率增大，轧制力增大，将会产生更大的轴向力，预计会出现相比轧厚料更多的问题。建议5架工作辊全部换成毛化辊，更换轴向载荷能力更强的推力调心滚子轴承，工作辊轴承座两侧打上耐磨合金。

减少轴向力的产生，有以下几点措施：1.改进轧辊安装的装配工艺，这里着重提到轴承游隙的精确调节很重要，一旦安装后游隙偏大，工作辊轧制过程时转动不平稳，旋转精度下降，不仅对板型有很大影响，由于滚动体局部承受载荷，还会加剧保持架的撞击以及磨损，轴承内部配件产生滑移，带来更大的轴向力。2.定期（一个月一次）检查牌坊机架内侧面的磨损情况，定期（上机之前检查一次，下机之后检查一次）对上下机的工作辊轴承座两端铜板尺寸进行精确测量，记录其磨损量，对中间辊的扁头处以及接轴器配合处的尺寸进行定期测量（一个月一次），记录其磨损量。还有对于换滚很频繁的工作辊，可以在该轴承座两侧铜板的表面打上一层厚度约为一毫米的耐磨合金以减少生产时工作辊两侧座子的磨损，这一步主要是减少轧辊交叉所带来的轴向力。3.更换轴向载荷能力更强的推力调心滚子轴承，以延长推力轴承的寿命，减少烧座。

技术改进系统 夏禹谟 韩龙生
2011年4月13日