最新待发表：冷轧酸轧联合机组轧机测张辊、坝辊改造

待发表：冷轧酸轧联合机组轧机测张辊、
坝辊改造
柳钢冷轧酸轧联合机组轧机测张辊、坝辊改造
刘南劭张栋梁唐水清
广西柳州钢铁（集团）公司
[摘要] 文章分析了柳钢冷轧生产线酸洗联合机组测张辊、坝辊原设计的存在的问题及原因，对测张辊、坝辊进行了改造，在改造成本最低的基础上取得了显著的效果及经济效益。

[关键词] 测张辊；坝辊；轴承
一、前言
柳钢冷轧板带厂酸轧联合机组于2008年9月竣工投产，采用了紊流酸洗与5机架连轧技术。

连轧机组的基本组成为：轧机入口张力辊、5机架连轧机、测张辊、坝辊、测厚仪、板型仪、出口夹送辊、出口转向辊、CARROUSEL张力卷曲机。

冷轧厂产量从最初的每月几千吨到现在每月十二万吨以上，随着产量的提升及酸轧机组速度的不断提高，轧机间测张辊、坝辊的存在问题陆续暴露出来，多数为轴承内圈保持架损坏后导致轴承抱死，辊子故障处理平均时长100分钟/根，严重影响了冷轧作业率的提高及产品的质量（一般轴承抱死后即伴随带钢被辊面划伤）。

为解决该问题，对测张辊、坝辊结构进行了改进。

二、测张辊、坝辊布置及受力分析
（一）测张辊及坝辊布置
测张辊及坝辊布置如图1所示，测张辊、坝辊一共有9根，均为自由辊，辊身直径为φ275～280mm，辊身长度1550mm，其分布为F1轧机入口测张辊1根，F1至F4出口测张辊及坝辊各1根。

其中位于带钢下方的测张辊共5根，辊身的上表面标高高于轧制线高度10mm，两端轴承座下均安装有压力传感器，用于测量带钢的张力值；位于带钢上方的坝辊共4根，由两个液压缸驱动，在轧制时坝辊压下以使带钢与测张辊形成足够大的包角，以获取可靠的带钢张力值的数据供机组使用，同时也起到阻挡乳化液进入下一个机架的作用。

图1 测张辊、坝辊布置图
（二）测张辊、坝辊受力分析
5架轧机均为4辊轧机，分别为2个工作辊和2个支撑辊，工作辊带弯辊功能。

测张辊、坝辊最高转速约为1000m/min，轧机间最大带钢张力理论值为1000KN，实际工作张力值在700KN以下。

三、测张辊、坝辊原设计结构及辊子损坏原因分析
测张辊、坝辊结构如图2所示，轴承安装形式为一侧固定，一侧游动，即一端轴承的内、外圈均作双向固定，限制了轴的双向移动；而另一端轴承内圈双向固定，外圈两侧都不固定，当轴伸长或缩短时，外圈可在座孔内作轴向游动，且轴承内圈均轴端螺母固定。

五连轧机轧制过程中为无头连续轧制，测张辊和坝辊转速高、承载大且使用频率高，再加上辊子安装时轴线与轧制线垂直度存在安装误差及带钢本身的浪形，均使得辊子在轧制过程中承受很大的轴向力。

而轴承安装形式决定固定端轴承承受的轴向力相对较大，当轴向力大于轴承的载荷设计值时，轴承内圈保持架损坏，轴承抱死。

因此，现场测张辊或坝辊非正常下线维修时多为固定端的轴承损坏引起。

图2 测张辊、坝辊结构
四、测张辊、坝辊改造内容
针对上述测张辊及坝辊轴承易损坏问题，对测张辊、坝辊进行了改造，主要内容如下：
1.轴承选型
考虑到测张辊、坝辊要承受较大的轴向力，而目前辊子使用的轴承21314E无法满足受力要求，为了增加轴承的轴向承载力，且考虑更换周期及成本，根据安装尺寸，决定选用22314E轴承来替代21314E轴承。

经过计算，在满足转速等工况及外部条件下，有效地提高了辊子轴承的各项承载能力]1[，计算过程如下：
表1 改造前后的两种轴承性能对比
从表1可以看出，轴承变更后除转速有所下降外其他参数都有所增加，而轴承22314E具体能否满足使用要求可以由公式（1）计算其线速度：
Sπ
DV
= (1)
式中D为辊子直径280mm、V为轴承参考转速3400r/mm，经计算得到轴承22314E的参考线速度为S为2989m/min，远远大于机组设计出口最大速度1300m/min。

轴向载荷能力方面可以参考公式（2）：
[
2
]
Fap= (2)
0Bd
003
.
式中Fap=最大轴向载荷KN，B=轴承宽度mm，d=轴承内径mm。

由此可知轴承21314E与22314E在内径相同的情况下，改造后轴向载荷的变化取决于轴承宽度的变化，宽度上21314E为35mm而22314为51mm，因此，改造后轴承宽度增加了45.7％，即改造后轴承能承受的轴向载荷整整增大了45.7%。

2.轴头改造
为节约成本，只对辊子的轴头和轴承座进行改造。

因改造后轴承宽度由原来的35mm变为51mm，在原来辊子辊身不变的情况下，必须将轴头长度由原来的51mm增加到67mm，才能满足装配要求。

辊子轴头尺寸变化见图3。

a）修改前尺寸 b）修改后尺寸
图3 改造前后轴头尺寸对比
3.轴承座改造
更换辊子轴承型号后，由于轴承只是宽度增加了16mm，其余尺寸均未发生改变，且辊子仍要安装在原来的底座上（辊子安装尺寸1671mm不变），因此，只需要增加轴承座的宽度16mm 即可，轴承座的透盖及闷盖不需要改动，改动量较小。

改造前后的轴承座尺寸变化如图4所示。

图4 改造前后轴承座尺寸
五、改造效果
因整个改造过程对辊身及设备安装均未作出大的改动，多数零配件仍能使用原来的，所以改造成本低廉。

改造后辊子更换周期由原来的1个月增加到3个月，使每根辊子的过钢量从原来的约10万吨增长到现在约30万吨。

按全年120万吨产量计算的话，改造前每根测张辊、坝辊需要更换12次，每次需要4个钳工工作两小时。

改造后每根测张辊、坝辊只需更换4次。

经计算，全年可节约轴承成本约14.4万元，节约工时约576小时。

改造后大幅减少了轴承在线损坏次数，全年减少了由于辊子损坏造成协议卷的数量约100卷，同时全年降
低故障时间和换辊时间约60h，按目前冷板平均价格4500元/吨计算，全年可多生产钢板约1.3万吨，增加产值近5800万元，直接创效接近300万元。

参考文献
[1] 机械设计手册编委会.机械设计手册（第2卷）【M】.北京：机械工业出版社，2004.
[2] SKF轴承综合型录【M】.PUB BU/P1 00000 ZH.2010.。