轧机减速机轴承失效原因分析

轧机减速机轴承失效原因分析
杨谡①
（福建三钢闽光股份有限公司　福建三明３５３０００）
摘　要　轧机减速机的稳定运行是保证轧制正常进行的重要前提。

通过理论与实践相结合的方式，针对棒材线中轧区水平减速机高速轴部件轴承损坏现象，从设备与工艺方面剖析轴承损坏机理，从而采取有效地改造方案对其改进优化。

通过对减速机深入研究，制定两种更换高速轴部件轴承的方案：一是将ＳＫＦ２３２３０ＣＣ／Ｗ３３轴承替换成ＮＳＫ２３２３０ＣＡＭＥ４Ｓ１１轴承；二是将ＳＫＦ２３２３０ＣＣ／Ｗ３３轴承替换成ＦＡＧ的Ｆ－６７４５７２．２３１３０轴承。

结果表明：通过更换高速轴部件的轴承，彻底消除了减速机设备运行隐患，有效地降低了设备故障率，为冶金行业减速机故障处理提供参考借鉴经验。

关键词　减速机；高速轴；轴承失效
中图法分类号　ＴＧ３３３．２＋４　ＴＨ１３３．３３ 文献标识码　Ａ
Ｄｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２４ ０１ ０１５
ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＦａｉｌｕｒｅｏｆＲｅｄｕｃｅｒＢｅａｒｉｎｇｉｎＲｏｌｌｉｎｇＭｉｌｌ
ＹａｎｇＳｕ
（ＦｕｊｉａｎＳａｎｓｔｅｅｌＭｉｎｇｕａｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓａｎｍｉｎｇ３５３０００）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ　Ｔｈｅｓｔａｂｌｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｉｌｌｒｅｄｕｃｅｒｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐｒｅｒｅｑｕｉｓｉｔｅｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈａｔｔｈｅｒｏｌｌｉｎｇｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｎｏｒｍａｌｌｙ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｏｒｙａｎｄｐｒａｃｔｉｃｅ，ｆｏｒｔｈｅｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｏｆｂｅａｒｉｎｇｄａｍａｇｅｏｆｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄｓｈａｆｔｐａｒｔｓｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｓｐｅｅｄｒｅｄｕｃｅｒｉｎｔｈｅｒｏｌｌｉｎｇａｒｅａｏｆｂａｒｌｉｎｅ，ｗｅａｎａｌｙｚｅｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｂｅａｒｉｎｇｄａｍａｇｅｆｒｏｍｔｈｅａｓｐｅｃｔｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｐｒｏｃｅｓｓ，ｓｏａｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｉｔｂｙａｄｏｐｔｉｎｇｅｆｆｅｃｔｉｖｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｌａｎ．Ｔｈｒｏｕｇｈａｎｉｎ ｄｅｐｔｈｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｒｅｄｕｃｅｒ，ｔｗｏｏｐｔｉｏｎｓｆｏｒｒｅｐｌａｃｉｎｇｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｓｏｆｔｈｅｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄｓｈａｆｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｗｅｒｅｆｏｒｍｕｌａｔｅｄ：ｏｎｅｉｓｔｏｒｅｐｌａｃｅｔｈｅＳＫＦ２３２３０ＣＣ／Ｗ３３ｂｅａｒｉｎｇｓｗｉｔｈＮＳＫ２３２３０ＣＡＭＥ４Ｓ１１ｂｅａｒｉｎｇｓ；ａｎｄｔｈｅｏｔｈｅｒｉｓｔｏｒｅｐｌａｃｅｔｈｅＳＫＦ２３２３０ＣＣ／Ｗ３３ｂｅａｒｉｎｇｓｗｉｔｈＦＡＧ＇ｓＦ ６７４５７２．２３１３０ｂｅａｒｉｎｇｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ：ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄｓｈａｆｔｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｔｈｅｂｅａｒｉｎｇ，ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｅｌｉｍｉｎａｔｅｄｔｈｅｒｅｄｕｃｅｒｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｏｎｈｉｄｄｅｎｄａｎｇｅｒ，ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆａｉｌｕｒｅｒａｔｅ，ｆｏｒｔｈｅｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌｉｎｄｕｓｔｒｙｒｅｄｕｃｅｒｆａｕｌｔｈａｎｄｌｉｎｇｔｏｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｔｏｌｅａｒｎｆｒｏｍｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ　Ｒｅｄｕｃｅｒ；Ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｓｈａｆｔ；Ｂｅａｒｉｎｇｆａｉｌｕｒｅ
１　前言
轧机减速机主要应用于棒材、线材、型钢等轧钢生产线上，其功能是将电动机的运动和力矩传递给轧辊，通过速比满足产线上轧机所需的转矩和速度。

轧机减速机作为轧钢生产线上的关键设备之一，若其损坏，势必造成产线停机检修，影响生产［１］。

鉴于其恶劣的运行工况，在设计选型时，减速机内的轴承选择必须充分考虑各种因素，使其满足现场使用要求［２］。

本文基于福建三钢棒材厂中轧区水平减速机高速轴部件轴承损坏现象，深入剖析其运行损坏机理，通过对高速轴部件进行改进优化，进而从根本上解决减速机设备隐患，
ＴｏｔａｌＮｏ．２８９
Ｆｅｂｒｕａｒｙ２０２４ 冶　金　设　备
ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬＥＱＵＩＰＭＥＮＴ
总第２８９期
２０２４年２月第１期
①作者简介：杨谡，男，１９９２年生，工程师，邮箱：１３６７１２０９５＠ｑｑ．ｃｏｍ
为冶金行业减速机故障处理提供参考借鉴。

２　存在问题
福建三钢一棒线是主生产Φ１８ｍｍ～Φ４０ｍｍ规格的螺纹钢生产线。

为了降低生产成本，减少合金投入，该线于２０２０年８月份进行产线升级改造，由切分生产线改造为普棒、高棒复合生产线。

２０２０年１２月份，产线改造完成投入使用后，次年６月开始，中轧水平减速机高速轴定位端轴承陆续发生保持架断裂脱出，造成滚珠体打横事故。

其中，中轧区水平减速机轴承损坏情况如表１所示。

表１　中轧水平减速机轴承损坏情况表
序号时间故障现象处理结果
１２０２１．０６．０３１１＃水平减速机高速轴定位端ＳＫＦ２３２３０ＣＣ／Ｗ３３
轴承保持架断裂脱出
更换同款ＳＫＦ轴承
２２０２１．０７．２８７＃水平减速机高速轴定位端ＳＫＦ２３２３０ＣＣ／Ｗ３３
轴承保持架断裂脱出
更换同款ＳＫＦ轴承
３２０２１．０９．０１１１＃水平减速机高速轴定位端ＳＫＦ２３２３０ＣＣ／Ｗ３３
轴承保持架断裂脱出
更换同款ＳＫＦ轴承
４２０２１．０９．３０１１＃水平减速机高速轴定位端ＳＫＦ２３２３０ＣＣ／Ｗ３３
轴承保持架断裂脱出
更换ＮＳＫ２３２３０ＣＡＭＥ４Ｓ１１轴承
５２０２２．０８．０８７＃水平减速机高速轴定位端ＳＫＦ２３２３０ＣＣ／Ｗ３３
轴承保持架断裂脱出
更换Ｆ－６７４５７２．２３１３０轴承
６２０２３．０１．０９９＃水平减速机高速轴定位端ＳＫＦ２３２３０ＣＣ／Ｗ３３
轴承保持架断裂脱出
更换ＮＳＫ２３２３０ＣＡＭＥ４Ｓ１１轴承
３　原因分析
福建三钢一棒线控轧改造后，６＃轧机机列至２＃飞剪的工艺平面布置如图１所示。

其中，７＃～１２＃轧机机列为中轧区，平立交替布置；７＃～１０＃轧机是无孔型轧机，１１＃～１２＃轧机是有孔型轧机。

当生产Φ２８ｍｍ、Φ３６ｍｍ、Φ４０ｍｍ规格螺纹钢时，９＃、１０＃轧机机列空过。

为了减少备件库存量，降低库存成本，７＃、９＃、１１＃轧机机列的三台水平减速机在设计时充分考虑了备件统一性，除了齿轮速比不一致外，其余装配部分均要求保持一样。

另外，中轧水平减速机内部结构如图２所示，高速轴上的前后两个轴承均为ＳＫＦ品牌的２３２３０ＣＣ／Ｗ３３调心滚子轴承。

轧机减速机的工作特点是低速、重载，冲击负荷大，冲击次数频繁，且需要满足连续工作的要求［３］。

查现场减速机润滑状况，润滑油的压力和流量满足设计使用要求。

由图２可知，高速轴为右旋齿轮，且是逆时针旋转，因此轴向力指向浮动端轴承。

另外，该轴承损坏部位是保持架支柱的外圈连接处；当高速轴的轴向窜动大于轴承承载能力时，将会造成保持架被冲断现象［４］。

图１　
一棒生产线局部工艺平面布置图
图２　中轧水平减速机内部结构图
另外，关于７＃、１１＃、９＃轧机机列工艺方面的原因剖析分别如下：
杨谡：轧机减速机轴承失效原因分析２０２４年２月第１期
（１）针对７＃减速机而言：一是６＃轧机与７＃轧机之间的间隔距离较长，轧件从６＃轧机进入７＃轧机时易抖动；二是６＃轧机之后为１＃飞剪，轧件经飞剪剪切后，头部形状各异，造成７＃轧机不易咬入，易堆钢，冲击载荷大。

（２）针对１１＃减速机而言：一是轧件由１０＃轧机进入１１＃轧机为平辊冲进首架有孔型辊，１１＃轧机在咬入时为点接触，轧件不易变形，从而造成该轧机机列的冲击载荷非常大。

二是当生产Φ２８ｍｍ、Φ３６ｍｍ、Φ４０ｍｍ规格的螺纹钢时，９＃、１０＃轧机机列空过，且８＃轧机为平辊，造成轧件进入１１＃轧机出现卡顿现象，轧件易抖动，堆钢事故较多。

（３）针对９＃减速机而言，设备前期运行正常。

但是，基于生产工艺优化的需求，２０２２年１０月份，９＃、１０＃轧机改为有孔型轧辊，１１＃、１２＃轧机机列有时空过。

８＃轧机平辊进入９＃轧机有孔型轧辊，造成９＃减速机受冲击载荷增大，高速轴轴向窜动量增大。

综上所示，中轧区水平减速机高速轴轴承易损坏的主要原因在于其承受的冲击载荷大，过钢时高速轴的轴向窜动量大，轴承保持架承受不住滚珠体的移动冲击，造成保持架支柱的外圈断裂损坏［５，６］。

４　改造方案
由于几个月内中轧区水平减速机出现多次轴承损坏事件，严重影响企业的日常生产运营，因此对其进行改进优化势在必行。

通过对减速机深入研究，制定了相应的改造方案：
（１）更换轴承品牌。

现场使用时出现保持架支柱的外圈断裂现象，究其原因是减速机承受的冲击载荷大，高速轴轴向窜动量大。

轴承在工作时，当轧件冲进轧机时，轴承内圈和滚珠体瞬间降速，然而保持架由于惯性作用保持原速度，从而与滚珠体发生瞬间冲击碰撞，在滚珠体转速恢复正常后又和保持架支柱发生再次撞击，最终造成保持架失效［７］。

铜保持架虽然不耐转速但耐载荷。

在满足使用要求的情况下，最终确定使用ＮＳＫ２３２３０ＣＡＭＥ４Ｓ１１轴承，其保持架为铜材质。

（２）更换轴承型号。

通过查询手册可知，ＦＡＧ品牌有一款特制轴承，其型号为Ｆ－６７４５７２．２３１３０，保持架材质为铜，且较一般轴承更厚，强度更高。

轧机减速机高速轴部件前后轴承更换成Ｆ－６７４５７２．２３１３０后，其安装使用如图３
所示。

图３　高速轴部件更换ＦＡＧ轴承装配图
５　实施效果
由于７＃、９＃、１１＃三台轧机减速机轴承损坏处于不同时期，以及改造方案实施的难易程度不同，最终针对三台减速机所采用的改造方案也不尽一致。

（１）针对７＃减速机而言，２０２１年７月份更换同款ＳＫＦ２３２３０ＣＣ／Ｗ３３轴承后，运行至２０２２年８月份，再次发生轴承损坏事故。

在此期间，通过采用第二种改造方案，提前装配好高速轴部件，在２０２２年８月份出现故障时直接上线安装使用。

该高速轴部件上线运行至今，该台减速机未再出现轴承损坏事件。

（２）针对９＃减速机而言，当２０２３年１月份出现轴承损坏故障时，将ＳＫＦ２３２３０ＣＣ／Ｗ３３轴承替换成ＮＳＫ２３２３０ＣＡＭＥ４Ｓ１１轴承上线使用。

该高速轴部件上线运行至今，该台减速机未再出现轴承损坏事件。

（３）针对１１＃减速机而言，２０２１年９月份出现第二次轴承损坏事件时，抢修过程中直接采用第一种改造方案，上线安装使用ＮＳＫ２３２３０ＣＡＭＥ４Ｓ１１轴承。

该高速轴部件上线运行至今，该台减速机未再出现轴承损坏事件。

６　结论
福建三钢一棒线由切分生产线改造升级为复合生产线后，中轧区水平减速机高速轴部件出现多次轴承损坏事件。

为了有效地消除设备故障，从减速机设计、生产工艺方面出发，分析轴承损坏原因，并制定两种改善方案，有效地消除了设备故障隐患。

（１）将高速轴部件的ＳＫＦ２３２３０ＣＣ／Ｗ３３轴承替换成ＮＳＫ２３２３０ＣＡＭＥ４Ｓ１１轴承，该轴承上线运行至今未再损坏。

（转４７页）
２０２４年２月第１期
总第２８９期 冶　金　设　备
图１０　冷床输出辊道
４．３　精整区设备
精整区设备由打捆辊道、自动打捆机、棒捆成型器、料捆运输辊道、称重装置、成品收集台架等组成。

该区域设备的结构形式与常规棒材精整区设备相同，本文不再赘述。

５　裙板上钢系统
裙板上钢系统一般与ＤＲＢ系统配合使用，当生产大规格螺纹钢（Φ２２ｍｍ以上）时，轧制速度较低，通常采用裙板上钢系统上冷床。

裙板上钢系统由曲柄／回转组合剪及其剪前夹送辊、入口辊道和升降裙板辊道组成。

为减少轧件制动距离，采用带磁力的升降裙板。

与传统棒材不同的是，由于轧制速度低（＜９ｍ／ｓ），制动距离只有１０ｍ左右。

６　结论
棒材直接轧制打捆系统主要上钢区、冷床区和精整区三部分设备组成。

该工艺更适合与无头轧制工艺相结合，单机单流高拉速铸机对应单条年产量５０－７０万吨的棒材螺纹钢轧钢生产线，具有流程短，占地面积小，投资低等特点。

因此，该工艺更适合钢材需求量不高的国家和地区，在我国大面积推广的可能性不大。

参考文献
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（收稿日期：２０２３－０５－０４
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６８页）
（２）将高速轴部件的ＳＫＦ２３２３０ＣＣ／Ｗ３３轴承替换成ＦＡＧ的Ｆ－６７４５７２．２３１３０轴承，该轴承上线运行至今未再损坏。

参考文献
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（收稿日期：２０２３－０８－０６）
赵辉等：棒材直接轧制打捆工艺及装备２０２３年１２月第６期 。