一板坯連鑄機軸承的應用挑戰和傳統軸承的應用不足

板坯連鑄機輥用軸承的應用分為固定端和浮動端兩種目前的運行環境和設計要求對板坯連鑄機輥子組件設計提出了諸多挑戰如高達900°C的高溫需要優異的冷卻設計高達6mm的軸向熱膨脹高達100噸的載荷需要盡量降低輥子彎曲變形;轉速較低每分鐘1.5到15轉不等使得軸承滾子與滾道間難以形成油膜等這些苛刻的應用環境對軸承提出了很高的要求因此軸承的運行性能對連鑄機成本控制和可靠性至關重要浮動端軸承需滿足如下要求尺寸緊湊且具有高靜態徑向承載能力;最大應達到0.5°的抗偏心能力;具有正負6mm的軸向浮動能力補償輥子的軸向熱膨脹;由于轉速較低需在無潤滑油膜或少量潤滑油膜的工況下正常運轉;易于安裝拆除和檢修

調心滾子軸承在固定端表現良好是固定端軸承的首選但浮動端軸承應用受到很大挑戰早期設計采用調心滾子軸承在軸承座內浮動的方案但實際應用效果不佳在較高徑向載荷下軸承進行軸向浮動時所需的軸向力會導致軸承受力不均針對上述問題目前有三種傳統的解決方案一是帶特殊的滾子/滾道修型的圓柱滾子軸承二是配置有球面襯套的圓柱滾子軸承也稱作自調心型圓柱滾子軸承三是TOROIDAL軸承這三種方案都具有一定的優勢但也存在各自的不足或抗偏心能力不足或承載能力低或安裝拆卸困難等理想的軸承需要兼具圓柱滾子軸承的軸向浮動性能調心滾子軸承的靜態與動態抗偏心性能有足夠的承載能力并且操作方便等優點

二鐵姆肯公司新型ADAPT軸承設計操作技術性能及優勢

總結前述幾種軸承的不足經過數年的設計和驗證鐵姆肯公司推出了一款全新的軸承產品ADAPT軸承

1.基本設計

ADAPT軸承的設計由圓柱形內圈與獨特修型的滾子和外圈組成基本結構如圖1所示

圖1ADAPT軸承基本結構

其外圈滾道是球面形狀設計滾子是帶有特殊修型的弧線形設計而內圈滾道是平面形設計圓柱體上述獨特外形設計結合在一起可形成三點接觸具體來說就是內圈與滾子在單一位置互相接觸而滾子與外圈在兩個位置接觸外圈接觸位置以內圈接觸位置為中心對稱分布從而保證滾子受力時處于穩定狀態

ADAPT軸承還采用了帶保持架的滿裝滾子設計在得到最高承載能力的同時安裝操作方便確保滾子不會散落

2.軸承操作

在無軸向浮動和偏心條件下軸承的載荷與反作用力保持平衡從圖2中可以看出圓柱形內圈軸向浮動對載荷的分布沒有影響當存在偏心時滾子對外圈的反作用力出現不平衡滾子受到的載荷就會一端增加另一端減少如圖3所示由于在轉動過程中滾子總是尋求載荷平衡載荷高的一端的軸向組件會驅動滾子運動直至載荷重新平衡滾子重新達到穩定狀態

圖二

圖三

集成式軸承保持架在軸承安裝拆卸過程中箍住實心滾子使其不會散落軸承內圈可單獨安裝在輥子上外圈滾子組件獨立安裝在軸承座內也可根據需要整體安裝可分離內圈的應用使得軸承安裝更為簡便不需要將內圈和外圈作為套件整體組合安裝當軸承保持架與可分離內圈組合使用時能快捷方便的檢查軸承滾子和滾道的損傷

3.技術性能

ADAPT軸承滾子滾道接觸應力分布模型顯示承受應力水平處于設計要求范圍內

軸承樣品進行了發熱量試驗和壽命測試測試結果顯示該設計是安全可靠的被測軸承運行溫度低于對比的調心滾子軸承的溫度工作壽命長于ISO標準計算出的L10壽命這些令人振奮的結果推動了下一階段成品軸承的測試

鐵姆肯公司與西門子奧鋼聯公司進行了成品軸承測試的合作在其商業連鑄生產線上進行現場測試成品軸承的現場測試結果與樣品軸承的測試結果大致相同ADAPT軸承運行溫度低于對比的調心滾子軸承的運行溫度實際壽命大大長于理論壽命L10較低的運行溫度意味著較小的內部滑動摩擦實際壽命的延長和載荷當量的提高意味著軸承的高可靠性偏心測試結果證明在偏差度最高為0.5°的情況下滾子和保持架沒有超出外圈滾道之外2011年1月在矯直輥測試的TA4024VC3型號軸承成功實現了新的里程碑100萬噸過鋼量與此同時在水平輥測試的TA4032VC3型號軸承運行達到65萬噸過鋼量測試目前仍在持續進行中預期軸承TA4024VC3運行將超過270萬噸過鋼量而軸承TA4032VC3運行將超過400萬噸過鋼量

4.優勢總結

綜上所述鐵姆肯公司ADAPT軸承應用于連鑄機輥子具有高度可靠性其優勢總結如下

①同時具有軸向浮動和抗偏心能力兩種能力相互獨立互不干擾在實現最大軸向浮動的同時仍可獲得較大的抗偏心能力反之亦然這是由獨特的內外圈和特殊的滾子形狀來實現的因此軸向浮動和偏心不會影響軸承的承載能力在同時達到最大軸向浮動和最大偏心時承載能力不會降低解決了傳統軸承軸向浮動和抗偏心不能兼顧的不足是連鑄機輥子浮動端應用的高效解決方案

②滿裝滾子帶保持架的設計使得軸承具有高承載能力同時防止滾子在操作過程中散落相比于TOROIDAL軸承鐵姆肯公司ADAPT軸承采用帶保持架的滿裝滾子設計有效防止軸承拆卸過程中的滾子散落TOROIDAL軸承拆卸過程中滾子極易散落使得整個軸承報廢形成一次性使用而ADAPT軸承不會發生滾子散落軸承經檢測合格可以再次使用

③可分離內外圈設計使得軸承的安裝檢查更方便在軸承使用一段時間后可以拆下軸承分別檢查內外圈合格的組件可以保留與其它組件組合繼續使用這對目前環境下鋼廠節省成本具有顯著的實際意義

三結論

經測試證明鐵姆肯公司ADAPT軸承在連鑄機輥子上的應用具有非常可靠的性能其設計也帶來了一系列傳統使用的軸承所不具有的優勢目前在中國市場上已經有一些鋼廠開始使用該軸承我們相信鐵姆肯公司ADAPT軸承能夠給我們的客戶帶來非凡的價值并希望能為中國鋼鐵行業的節能增效貢獻一份力量!