中国轧机油膜轴承技术

HEATS · 发表于 2010-10-22 22:19:35

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　　中国轧机油膜轴承技术，是在“独立自主，自力更生”方针指导下发展起来的。回顾总结、研究中国轧机油膜轴承技术，对于认识、促进、发展中国轧机油膜轴承技术是有益处的。

　　轧机油膜轴承技术，是个系统工程技术，同时，也是个多学科领域的综合性工程技术，它的发展速度和所形成的配套能力，从一个侧面反映了中国工业的发展速度与所达到的水平。兹从运行技术、制造技术、测试技术、理论研究、产品开发、成套能力等几个主要方面进行简要的论述。

　　1.运行技术，包括轧机油膜轴承零部件的储放、清洗、安装、调试、运转、维修、诊断、管理等一整套知识与技能。运行技术的正确运用，是轴承安全运行的可靠保证。

　　50年代初期，我国只有鞍钢冷轧厂的可逆轧机装备了油膜轴承。其运行管理，完全按照苏联的有关规程进行。传统工艺，轧制压力不大，轧速也低，润滑系统也很简单，运行技术水平也相对较低。但在实际运行中，有关管理、技术人员和操作工人的工作都十分认真，严格按规程办，积累了使用、维护经验。但由于缺乏对轴承工作原理的深入了解，一些不太合理的规程却一直沿袭了几乎两个年代，比如，轴承部件装好之后，要做35N／cm2的打压试验，如果漏油，即调紧回转密封，直至不漏为止。可是，经过这样一个试压调整之后，使用起来效果并不好，而且，密封件的寿命也短。这种密封是带骨架的“J”型密封，是靠唇口密封的，试压调紧之后，就不再是唇口密封了，而是一种死死抱住回转表面的带状密封。但毕竟瑕不掩瑜，轧机油膜轴承的成功运行，还是从这里开始的。

　　60—70年代初，我国自行装备的轧机油膜轴承投入运行，以舞阳钢铁公司4200mm特厚板轧机的φ1300mm轧辊油膜轴承、φ300mm机架辊油膜轴承和本溪钢铁公司φ1700mm热连轧机支承辊φ1100mm油膜轴承为代表的一批新轴承投入运行，前者是单机架轧机，后者是多机架连轧机。多家多机架轧机油膜轴承的投入运行，使我国轧机油膜轴承运行技术得以普及和提高。在管理方面，有了一支专业化的技术人员和技术工人队伍，有专用的工作场地，油膜轴承工作间实行封闭，油膜轴承维修人员、润滑人员都有明确的岗位职责和操作规程，分工日益精细，管理更趋科学、规范。由于轴承结构的改进和润滑系统的更新，在轴承安装调试和润滑系统的维护操作上，都比50年代有了很大的进步，加之连轧机油膜轴承的成功使用，使运行技术向现代水平又靠近了一步。

　　70～80年代，在我国相继成套引进武汉钢铁公司的1700mm热、冷板材连轧机和上海宝山钢铁总厂的2050mm及2030mm热、冷板材连轧机的同时，也随之成套引进了摩戈伊尔(MORGOIL)轴承和麦斯塔(MESTA)轴承，其主要运行人员，包括技术人员、技术工人都进行了岗位培训，而在设备投产之后，又确保了轴承的连续、安全运行，这就标志着我国轧机油膜轴承运行技术，已经接近当时的世界水平。

　　进入90年代以来，又成套地引进了轧机和轧机油膜轴承——主要是摩戈伊尔轴承，而更多的是在买进二手轧钢设备时，又带进了油膜轴承，其主要类型也是摩戈伊尔轴承。这样，在一些主要类型的轧机上，比如线材轧机、单机架可逆轧机、半连轧机、连轧机以及型材轧机等都装备了油膜轴承；从轴承种类上说，有苏联型液体摩擦轴承，中国TZ牌油膜轴承，美国麦斯塔油膜轴承和摩戈伊尔(油膜)轴承，可称得上是当今世界拥有轧机油膜轴承(包括润滑系统)品种最齐全的国家。据不完全统计，目前我国有二十几家钢铁公司(厂)，近200架轧机装备了油膜轴承，数量不能不谓巨大。这种情况，足以说明轧机油膜轴承运行技术已经在中国得到了广泛地普及，并且已经达到了当今世界的新水平。

　　2.制造技术，我国轧机油膜轴承主要零件的研制，始于50年代后期，是在一无图样、二无资料、三无专有设备的情况下进行的。

　　研制轧机油膜轴承主要零件，并非易事，从材料选择、工艺路线、加工方法到专用工装设计与制造等有着一整套的工作程序。从材料选择上，要考虑到锥套与减摩材料的配对，锥套的锻造工艺性，衬套钢套与减摩材料的结合，钢套的工艺过程；从工艺路线上，要满足锥、衬套的技术要求，同时还要利用已有加工设备，这本身需要理论与实践的很好结合，比如，在钢套的内表面如何进行物理(包括机加工)与化学处理，才能增加结合力；在加工方法上，我们知道，锥套与衬套是民品中加工精度最高的，锥套表面粗糙度为Ra0.05μm(衬套为Ra0.2μm)，几何精度高，变形难以控制，表面粗糙度低，必须进行超精加工，表面不允许出现多棱柱、螺旋、振纹等；专用工装的设计与制造，也是很重要的，是实现加工方法，保证加工精度的关键。

　　60年代初期，完成了在普通机床上研制油膜轴承主要零件的制造。

　　60年代末期，太原重机厂建成了轧机油膜轴承专业化生产车间，开始了我国整套制造轧机油膜轴承的新时期。

　　3.测试技术，包括两部分：一部分为零件加工的测量技术，另一部分为试验研究中的测量技术。

　　由于油膜轴承主要零件的加工精度高，要求测量精确、快捷。为了达到这一要求，首先要有高精度的测量仪器(具)和与之相配套的辅助仪器(具)，同时，对加工中的测量和加工完成后的质检测量，必须执行科学的测量方法和具有娴熟的技术。为此，除了购买、定制高精度测量仪器(具)外，还设计、制造了专用仪器(具)及附具，执行一套科学的测量方法和程序。这就保证了测量重复性好，精度高。

　　为深入了解油膜轴承工作时的参数情况，探讨规律性，太原重机厂从1972年开始做了大量的试验室的台架测量和轴承在实际工作运行中的承载、转动、耗电、供油等外部内部参数的测量工作。测试范围，包括轴承内部工作区域的油膜压力场、油膜厚度场和油膜温度场等，这些场量的测量属于非常规性的，从测量传感器到二次仪表，均无现成的可买，所以，要自行研制。以太原重机厂强度试验室为主体，建成一支专业测试队伍，与清华大学等单位联合攻关，进行了测试技术和仪器仪表的研究、研制工作，先后进行了电阻式、电感式、电容式和电涡流式测试技术与一、二次仪器的研究和研制，并成功地获得了大量数据，重复性好，规律性强，测量精度高。同时，还对相关技术，包括定标、抗干扰、回转信号的输送，以及多种信号的同步测量、记录、打印等进行了研究和应用。

　　4理论研究，在轧机油膜轴承主要零件研制成功后，原机械部把产品开发与理论研究的任务同时下达给太原重机厂，60年代初期的理论研究工作，主要是产品的设计计算，其基础是以经验为主。

　　随着轧机装机水平的不断提高，带动了轧机油膜轴承的理论研究工作，真正自主开展理论研究工作，始于1974年。当时的主要工作是探讨工作机理，从经典润滑理论建立数学模型，数值计算方法，准解析方法等，把理论研究又引深一步。鉴于经典理论的油膜峰值压力达100MPa以上，继而进行了弹流理论的应用研究工作，当时，研究弹流的一些学者，只注重了反形接触的高副弹流的研究，而对滑动轴承，认为是非典型弹流问题，甚至有人认为重载油膜轴承不属于弹流范畴。经过深入研究后，发现膜厚的周向分布出现了明显的“颈缩”这一弹流理论中特有的现象，膜后的轴向分布也异于经典理论，油膜压力峰值位置后移，而且，偏心率可以计算到ε%26gt;1，证实了轧机油膜轴承润滑理论属于弹流问题。随着现代连轧机向高速重载方向发展，继而又进行了热—弹流理论的研究。同时，也比较深入地进行了静—动压润滑理论的研究工作，设计开发了我国首套静--动压油膜轴承。

　　5产品开发，我国设计开发轧机油膜轴承，其基础是前苏联50年代初期制造的轴承产品和一点工厂资料。当时的轧机油膜轴承，从性能上来说，只适用于低速轧制；从结构上来说，比较陈旧，装拆、维护都很不方便。从60年代中期开始，我国自行设计制造厚板、特厚板轧机和1700mm热、冷连轧机，在当时的国际环境下，轧机轴承只能自行研制，由于特大型滚动轴承制造困难，就都采用了油膜轴承。

　　第一代国产轧机油膜轴承，以4200mm特厚板轧机的φ1300mm油膜轴承为代表，属于低速重载，只是在结构上较苏式油膜轴承有了较大改进,第二代国产轧机油膜轴承，以1700mm热、冷连轧机的φ1100mm油膜轴承为代表，轧机速度提高了，结构设计改进了，装拆的快速性改善了；第三代国产轧机油膜轴承，以650mm板轧机的φ500mm静一动压油膜轴承为代表，轴承性能显著改善，承载能力提高了一倍，结构设计也趋完善，接近摩戈伊尔轴承，是世界上继美国、前苏联之后第三个独立设计制造静一动压油膜轴承的国家。我国轧机油膜轴承的独立开发能力，仅次于美国和前苏联，但从静—动压油膜轴承的深入研究与形式选择来说，我们优于他们。比如说，关于油腔的设计，美国采用中央一个油腔，前苏联采用四个油腔，而我国采用轴向对称双油腔式，直到1994年，美国的静一动压油膜轴承才由单油腔改进为双油腔式，可见一斑。标志轧机油膜轴承当代水平的是90年代初为酒泉钢铁公司研制的φ1350mmTZ牌油膜轴承，采用了对称双油腔静--动压油膜轴承液压锁紧、新型回转密封、双向止推及快速装拆等先进技术。

　　6成套能力，中国轧机油膜轴承，共采用过三种类型：纯静压、纯动压、静—动压。纯静压油膜轴承未在轧机行业得到推广，纯动压油膜轴承被广泛地应用在各类可逆轧机及热连轧机上，静—动压油膜轴承主要用在冷连轧机上，也采用在强化轧制的可逆轧机上。评价这三类油膜轴承的成套能力，以静—动压油膜轴承为代表：

　　(1)轴承本体的设计与制造，在设计上，油腔形状、大小、数量、位置的确定，轴承主要参数的选择，静压系统压力、流量、粘度的确定，数值计算、选优，以及在制造上保证高承载能力、高运转精度等，都能自行完成，并为用户提供AGC系统所需要的油膜厚度变化修正曲线；

　　(2)超高压供油系统，在系统设计上，可以根据轧机的不同轧制制度，设计出适应要求、安全可靠的超高压供油系统，并与轴承设计一起确定经济合理的压力—流量参数，还在系统中装备一套保证四个轴承中各油腔压力均衡的特殊装置。在超高压元器件上，80年代初，我国即已研制成功了工作压力为100MPa、流量为10L／min的泵、集—分流器、泄荷阀、压力表、软管、快速接头等，实现了国内自行成套，并投产使用。

　　(3)液压锁紧与快速装拆，快速装拆，在70年代末期即开始用于产品，满足现代轧机，特别是连轧机的使用要求。为更好地控制锥套轴向压紧力及快捷、安全的装拆，80年代初，即开始研制液压锁紧装置，现已成功地运用在产品上。

　　(4)回转密封，现代轧机，特别是连轧机，轧制速度不断提高，对轴承回转密封的要求也越采越严格。在吸纳当代各种回转密封优点的基础上，逐步改进形成了我国的回转密封形式，从模具设计、胶料配方、硫化工艺、理化检验与成品测试等都成熟配套。

　　从以上所列举的六个方面，不难看出，我国能成套设计制造动压、静—动压轧机油膜轴承及动压、静压供油系统，满足各类现代轧机的要求。可以这样说，中国轧机油膜轴承技术，已经成为一个完整的系统工程技术，中国轧机油膜轴承技术是独立发展起来的，是中国轧机油膜轴承工作者紧密配合，共同努力的结果；当前，又融进了外国的先进制造技术，正在向更高的境界迈进。【MechNet】

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