大型H钢锯机托辊改造与应用

大型H钢锯机托辊改造与应用
摘要：该文通过对锯机托辊故障的排查，找出故障根源，进行分析、研究，并对托辊结构、轴承选型、装配形式进行改造，制定方案，实施后经济效益显著。

关键词：滑座式锯机托辊适应性改造
山东莱钢型钢厂大型线有4台φ2100mm滑座式锯机，一台热锯，三台冷锯，承担着H型钢轧件的切尾分段的锯切任务，是H型钢轧线上的一种重要设备。

锯机上滑座在进给的过程中靠滑座下基础轮系的支撑与导向轮系辅助，每台锯机有四个托辊和四个侧导辊。

若四个托辊中有一个工作不正常，会加重其余托辊的工作负担进而影响到侧导辊的工作状态，从而影响锯机的进给，造成锯机切斜轧件，严重影响锯机的安全运行和产品成材率。

自2005年9月投产以来，锯机经常出现托辊轴承失效现象，托辊的平均使用寿命仅2个月，频繁的故障对生产造成了严重影响。

而且由于托辊失效，造成了大量切斜废钢，降低了成材率，因此有必要对锯机托辊进行研究改造。

1 原因分析
通过对锯机进行全面分析，四个托辊支撑着锯机上滑座，后部液压缸与上滑座相连，实现进退动作（见图1）。

有3个因素导致托辊容易损坏，故障率居高不下，一是上滑座（包
括锯罩、伞齿轮箱、电机等）整体重量较大，约17t，托辊处于高负荷状态下工作。

托辊在锯切过程中承受了较大的轴向力，而原设计的托辊轴承仅能承受很小的轴向力，主要承受径向力，靠近锯片侧的托辊受的轴向力最大，因此其寿命明显短于其它三个托辊。

轴承选型不合理是一个重要因素。

二是托辊作业环境恶劣，水容易进入托辊中，破坏了润滑条件，加速了轴承的失效。

三是轧件锯切时间间隔平均约为55s,动作频次较高，托辊长期处于频繁且震动状态下工作。

另外锯屑也容易堆积堵塞托辊，使托辊转动不灵活，加速了托辊的磨损。

托辊原设计轴承为单列圆柱滚子轴承，其型号为NU2218，与外形尺寸相同的深沟球轴承相比，此种轴承具有较大的径向载荷能力。

但对于与之相配合的轴、壳体孔等相关零件的加工要求较高。

可限制轴或外壳一个方向的轴向位移，仅能承受较小的单向轴向载荷。

基本参数如下：
额定载荷：基本额定动载荷Cr1=230kN，基本额定静载荷Cor1=312kN，
密封形式：骨架密封
辊子直径：260mm
润滑介质：脂润滑
其具体结构见图2。

通过对托辊进行受力分析，发现托辊除受到径向力外，还受到一个较大的轴向作用力。

这是由于进给液压缸提供的推力F1与锯切阻力F2不在同一直线上，锯机滑座承受由F1、F2而引起的弯矩M，弯矩的存在对托辊产生了轴向作用力，所以托辊不可避免的承受轴向力。

其受力分析见图3。

从轴承损坏情况看，也能推断托辊承受的轴向力超过了轴承所能允许承受的轴向力。

因此现有轴承轴向力承载能力小，是托辊轴承频繁发生失效的主要原因，原轴承选型不合理。

2 主要改造措施
2.1 对轴承实际载荷进行计算并重新选型
锯机在运行过程中托辊仅承受径向载荷，锯机上滑座总重量17t；
对调心滚子轴承，当Fa/Fr≤e时，Y=0.42cotα，X=1;
接触角α=0,即轴向载荷对当量动载荷的影响可以不计；
冲击载荷系数fd取2.0；
当量动载荷：（n轴承数目）
P=fd（XFr+YFa）/n
=fd*X*Fr/n
=2.0*1*17*1000*10N/8=42.5kN
计算额定动载荷：（n表示轴承转速）
锯机进给最大速度为400mm/s
轴承预期使用寿命：Lh’=100000h
此速度下轴承转速
n=400/（3.14*320）*60＝23.8r/min
查机械设计手册，从调心滚子轴承中找到外形尺寸与之相近的型号为22222CC/W33双列调心滚子轴承，其基本额定动载荷为410kN>222kN，满足要求。

该轴承特性及参数如下：具有两列滚子，主要用于承受径向载荷，同时也能承受一方向的较大的轴向载荷，特别适用于重载或振动载荷下工作，但不能承受纯轴向载荷。

调心性能良好，能补偿同轴度误差。

额定载荷：基本额定动载荷Cr2= 410kN，基本额定静载荷Cor2=588kN;
计算系数
e=0.25,Y1=2.7,Y2=4.0,Y0=2.6;
密封形式：迷宫式密封
辊子直径：320mm
润滑介质：脂润滑。

由单列圆柱滚子轴承NU2218改为双列调心滚子轴承22222CC/W33后，其基本额定动载荷由230kN到410kN，载荷能力提高了1.78倍，轴向承载能力大大增强。

2.2 托辊底座等结构相应改造
轴承型号由单列圆柱滚子轴承NU2218改为双列调心滚子轴承22222CC/W33后，外径及内孔发生了改变，为保证锯机上滑座锯切
高度不变，托辊外形尺寸及支座等相应进行了改造。

托辊的轮体外径比原先大60mm，故托辊的支座相应的要低30mm，另外在托辊的支座基础加立筋加固，增加支座的支撑能力。

改造后的托辊结构见图4。

2.3 轴承密封形式托辊改造
锯机前端托辊与锯片距离很近，锯屑很容易溅到托辊的密封位置，原设计采用骨架密封，飞溅的锯屑处于高温状态，骨架密封被高温锯屑破坏，锯屑等杂质进入轴承，严重影响轴承寿命。

采用迷宫密封后，高温锯屑不会对密封产生破坏作用，保证轴承处于相对干净的环境中，轴承寿命得到保障。

改前密封和改后密封对照见图5,图6。

2.4 托辊销轴应相应的增大径向尺寸并改变润滑油孔的形式
销轴中间段的外径由90mm增大为110mm，提高销轴的强度，轴承的脂润滑是靠销轴中间的半通孔连通实现=5mm，销轴的固定是靠托辊支座单侧的定位卡板实现，当销轴轴向定位不恰当时，常会出现油孔被油环或轴承内圈堵死现象，从而导致轴承润滑不到位造成轴承研死现象。

因此在销轴的导油口处铣出一导油槽（L=20mm），当轴向偏差在允许范围之内时，润滑脂都可以从导油口经过导油槽对轴承润滑。

这一改造从改本上解决了因为油孔被堵死造成的轴承研死现象。

原销轴（如图7）。

改造后的销轴（如图8）。

3 设备改造和使用情况
项目实施以后，四台锯机托辊频繁出现故障的现象基本杜绝，原来平均2个月就要更换一次托辊，现在平均一年更换一次（托辊磨损超标原因），寿命提高6倍以上，而且原来平均每个月的故障停机时间3小时，现在不出故障。

有效的解决了因为托辊工作状态不稳定或者损坏造成的滑座震动及轧件锯斜现象，提高了H型钢的成材率，减少了停机时间，大降低了工人的劳动强度和维修费用，经济效益显著。

4 结语
通过实施以上四项改造以后，锯机运行正常，托辊轴承再未出现失效现象，效果显著。

通过这个案例，可以给我们一个启示，即当设备零部件频繁出现失效，设备轴承等寿命远远不能满足要求时，就要考虑其设计选型、润滑形式、密封形式、原设备的强度、刚度等是否存在问题。

只有在对现场实际载荷、作业环境等因素综合考虑的基础上才能对设备零部件进行正确选型。

从而才能有针对性的进行改造，也才能做到小改动解决大问题。

参考文献
[1] 毛谦德.袖珍机械设计师手册[M].3版.机械工业出版社，2006.
[2] 王文斌.机械设计手册[M].2版.机械工业出版社，2007.。