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摘 要：众所周知，摩根型精轧机组在全国小型高线轧机中具有使用广，技术成熟，设备吨位轻，制造成本低等特点，目前我国既有高线线多达数百条，其早期投产采用摩根三代机型亦有不少处于使用状态。该设备在使用工况下具有转速高、冲击大、检修频繁、维护成本高等诸多特点。其是否高速稳定运行直接制约着生产，若能提高其锥齿轮箱在线寿命将有效减少设备维护量，提高经济效益。
关键词：摩根轧机；轴承；改型探索
一、前言
重钢高速线材生产线为国产第一条高线生产线，2000年建成投产，为全国产化第一条高速线材生产线，设计时速度89m/s，实际稳定终轧速度79m/s，设计年产量35万吨，实际已超过50万吨年产量。其中轧线核心设备精轧机为摩根三代顶交45°改进型设备，北京钢铁研究总院设计，西安航空发动机公司制造， 2012年整体搬迁至重庆长寿区江南镇，实现了产品升级及多样化发展。
二、改型前状态及规律
由于该机组原设计以Q235A钢种为主，实际生产过程中因市场需求以中高碳钢拉丝用钢占比较大，且轧钢工艺规范要求实现低温轧制，在设备运行过程中由于成本管控已经改用国产化润滑油，在经过多年生产探索及统计发现其精轧机组锥齿轮箱寿命短，单台锥齿轮箱上线过钢量不足30万吨，其表现主要有以下规律：
1、轧机锥齿轮变速箱主要的损坏部件为轴承，而发生部位最多的在于副轴定位支撑轴承MRC309RD上，该轴承损坏后将直接导致传动轴系垮塌，并引发严重的锥齿轮箱事故。
2、设备轴承发生故障后，由于结构原因，即便日常点检时揭开窥视孔均不能直接用肉眼对轴承进行有效检查，对箱体内部情况难以完全掌握。
3、在采用振动测量法对齿轮箱进行谱分析时，由于该轴承位于齿轮箱箱体内部，具体测量点较远，且加工制造精度不足，运转过程中干扰信号强过故障信号，而故障信号经过箱体传递过程中衰减，很难实现早期对轴承状态的准确预判。
三、主要的可能成因分析
1、轴承自身的设计动负荷容量不足。从结构分析，副轴为锥箱中间齿轮，主要改变轧辊轴的旋转方向，其主要受力为径向负荷以及较小摩擦、自重形成的较小轴向载荷。
2、正常生产过程时锥齿轮箱咬钢过程中的冲击载荷较大，这对该MRC309RD轴承寿命有相当大的影响。根据相关资料显示球轴承自身抗冲击载荷能力弱，其冲击载荷因子可以达到1.8～3（当量动载荷：Pd=K×P，其中Pd 为轴承最终当量动载荷，K为冲击载荷因子，P为稳定运行时当量动载荷），这将直接导致球轴承的疲劳概率寿命缩短。
3、现场使用时表现出的轧机载荷超过北京钢铁设计院设计计算值。特别是在生产φ8以及以上规格产品时，根据主电机载荷显示，其主电机载荷远超过生产φ6.5负荷值，按照轧机载荷计算，锥箱中19、23轧机有相当大的提高，甚至有可能达到2倍左右。
四、改型需要解决的问题
a）改型后轴承自身负荷容量。本方案的着重考虑解决轴承的负荷容量，提高轴承抗冲击载荷能力。
b）极限转速。由于该锥箱轴承在不同轧机具有不同转速，改型后的转速必须达到锥箱工况下的最高转速，并保证轴承有一定的富裕量。
c）轴承的外形以及安装尺寸。为减少改造成本，用于替换MRC309RD的轴承尺寸内外直径必须与箱体孔尺寸一致，宽度不大于座孔尺寸。
五、选型过程
通过考虑以上的问题，并查阅部分进口轴承样本，该轴承必须同时能够承受较大的径向载荷和一定的轴向载荷，起到轴系定位作用，而同时满足该要求的轴承类型有限。从而基本选择了FAG轴承，型号：22309E，外形尺寸：φ45×φ100×36，与MRC309RD配对轴承φ45×φ100×50基本接近。1、该轴承动负荷容量C=156 KN，极限转速4800 rpm/m，而通过计算我厂使用该309RD轴承最高转速3650 rpm/m，低于22309TVP极限转速1200rpm/m左右，有较为充足的转速富裕容量。由于我们未能得到目前使用的MRC309RD轴承相关参数，此处以接近型号FAG7309B.TVP的轴承作对比（此后的数据以及相关计算均以FAG7309B.TVP代替MRC309RD作相应校核）。2、通过对比FAG7309B.TVP轴承，该配对轴承极限转速n=0.8×ng=7500×0.8=6000rpm/m，配对后额定负荷容量C=1.625×C單个轴承负荷容量=60×1.625=97.5KN，而FAG22309E轴承动负荷为156KN。通过以上对比不难看出，影响轴承寿命的额定动负荷容量以及抗冲击性能FAG22039E均优越于FAG7309B.TVP，从而使得轴承改型方案可行。另外由角接触轴承改为双列调心滚子轴承后，避免了由于配对时油隙不当带来的两轴承载荷不均引发的早期疲劳损坏，而双列调心滚子轴承由加工直接可以保证双列滚子载荷的均匀性。
六、发热量校核
据有关资料显示：滚动轴承的发热量与d×n成正比，而调心滚子轴承的d×n指标在喷油润滑条件下可以达到450000。本FAG22039E在24#转速最高，根据工作状况统计主电机转速一般运行在≤1120rpm以下，当电机转速达到1120rpm时，此时24#轧机轴承转速为3651rpm，其dn指标为d×n=45×3651副轴=164295<450000，说明选用FAG22039E完全可以通过发热量校核。
七、方案实施及结论
本方案具体实施首选在19#轧机以及24#轧机上进行试验，其中19#轧机在精轧机组内具有最大的轧制力，而24#轧机在机组上具有最高的工况转速，可以分别检验FAG22039E轴承在高载荷和高速下的寿命情况，经过两台机组寿命摸索，其在线寿命均原超过原始设计，且用较为便宜的FAG轴承替换了价格昂贵的专用摩根轴承，实现了经济性设备维修，该方案在后期相关机架进行全面推广，经过多年使用统计，大幅提高了在线寿命，在线产量也由以前不足30万吨提高到70万吨以上，从而实现了轴承改型的目的和意义。
参考文献
1、卜炎，王云飞，夏新涛等，《实用轴承技术手册》 机械工业出版社， 2004年1月第1版
2、FAG中国有限公司 FAG滚动轴承 样本号WL41520/3CHA 2002年7月
关键词：摩根轧机；轴承；改型探索
一、前言
重钢高速线材生产线为国产第一条高线生产线，2000年建成投产，为全国产化第一条高速线材生产线，设计时速度89m/s，实际稳定终轧速度79m/s，设计年产量35万吨，实际已超过50万吨年产量。其中轧线核心设备精轧机为摩根三代顶交45°改进型设备，北京钢铁研究总院设计，西安航空发动机公司制造， 2012年整体搬迁至重庆长寿区江南镇，实现了产品升级及多样化发展。
二、改型前状态及规律
由于该机组原设计以Q235A钢种为主，实际生产过程中因市场需求以中高碳钢拉丝用钢占比较大，且轧钢工艺规范要求实现低温轧制，在设备运行过程中由于成本管控已经改用国产化润滑油，在经过多年生产探索及统计发现其精轧机组锥齿轮箱寿命短，单台锥齿轮箱上线过钢量不足30万吨，其表现主要有以下规律：
1、轧机锥齿轮变速箱主要的损坏部件为轴承，而发生部位最多的在于副轴定位支撑轴承MRC309RD上，该轴承损坏后将直接导致传动轴系垮塌，并引发严重的锥齿轮箱事故。
2、设备轴承发生故障后，由于结构原因，即便日常点检时揭开窥视孔均不能直接用肉眼对轴承进行有效检查，对箱体内部情况难以完全掌握。
3、在采用振动测量法对齿轮箱进行谱分析时，由于该轴承位于齿轮箱箱体内部，具体测量点较远，且加工制造精度不足，运转过程中干扰信号强过故障信号，而故障信号经过箱体传递过程中衰减，很难实现早期对轴承状态的准确预判。
三、主要的可能成因分析
1、轴承自身的设计动负荷容量不足。从结构分析，副轴为锥箱中间齿轮，主要改变轧辊轴的旋转方向，其主要受力为径向负荷以及较小摩擦、自重形成的较小轴向载荷。
2、正常生产过程时锥齿轮箱咬钢过程中的冲击载荷较大，这对该MRC309RD轴承寿命有相当大的影响。根据相关资料显示球轴承自身抗冲击载荷能力弱，其冲击载荷因子可以达到1.8～3（当量动载荷：Pd=K×P，其中Pd 为轴承最终当量动载荷，K为冲击载荷因子，P为稳定运行时当量动载荷），这将直接导致球轴承的疲劳概率寿命缩短。
3、现场使用时表现出的轧机载荷超过北京钢铁设计院设计计算值。特别是在生产φ8以及以上规格产品时，根据主电机载荷显示，其主电机载荷远超过生产φ6.5负荷值，按照轧机载荷计算，锥箱中19、23轧机有相当大的提高，甚至有可能达到2倍左右。
四、改型需要解决的问题
a）改型后轴承自身负荷容量。本方案的着重考虑解决轴承的负荷容量，提高轴承抗冲击载荷能力。
b）极限转速。由于该锥箱轴承在不同轧机具有不同转速，改型后的转速必须达到锥箱工况下的最高转速，并保证轴承有一定的富裕量。
c）轴承的外形以及安装尺寸。为减少改造成本，用于替换MRC309RD的轴承尺寸内外直径必须与箱体孔尺寸一致，宽度不大于座孔尺寸。
五、选型过程
通过考虑以上的问题，并查阅部分进口轴承样本，该轴承必须同时能够承受较大的径向载荷和一定的轴向载荷，起到轴系定位作用，而同时满足该要求的轴承类型有限。从而基本选择了FAG轴承，型号：22309E，外形尺寸：φ45×φ100×36，与MRC309RD配对轴承φ45×φ100×50基本接近。1、该轴承动负荷容量C=156 KN，极限转速4800 rpm/m，而通过计算我厂使用该309RD轴承最高转速3650 rpm/m，低于22309TVP极限转速1200rpm/m左右，有较为充足的转速富裕容量。由于我们未能得到目前使用的MRC309RD轴承相关参数，此处以接近型号FAG7309B.TVP的轴承作对比（此后的数据以及相关计算均以FAG7309B.TVP代替MRC309RD作相应校核）。2、通过对比FAG7309B.TVP轴承，该配对轴承极限转速n=0.8×ng=7500×0.8=6000rpm/m，配对后额定负荷容量C=1.625×C單个轴承负荷容量=60×1.625=97.5KN，而FAG22309E轴承动负荷为156KN。通过以上对比不难看出，影响轴承寿命的额定动负荷容量以及抗冲击性能FAG22039E均优越于FAG7309B.TVP，从而使得轴承改型方案可行。另外由角接触轴承改为双列调心滚子轴承后，避免了由于配对时油隙不当带来的两轴承载荷不均引发的早期疲劳损坏，而双列调心滚子轴承由加工直接可以保证双列滚子载荷的均匀性。
六、发热量校核
据有关资料显示：滚动轴承的发热量与d×n成正比，而调心滚子轴承的d×n指标在喷油润滑条件下可以达到450000。本FAG22039E在24#转速最高，根据工作状况统计主电机转速一般运行在≤1120rpm以下，当电机转速达到1120rpm时，此时24#轧机轴承转速为3651rpm，其dn指标为d×n=45×3651副轴=164295<450000，说明选用FAG22039E完全可以通过发热量校核。
七、方案实施及结论
本方案具体实施首选在19#轧机以及24#轧机上进行试验，其中19#轧机在精轧机组内具有最大的轧制力，而24#轧机在机组上具有最高的工况转速，可以分别检验FAG22039E轴承在高载荷和高速下的寿命情况，经过两台机组寿命摸索，其在线寿命均原超过原始设计，且用较为便宜的FAG轴承替换了价格昂贵的专用摩根轴承，实现了经济性设备维修，该方案在后期相关机架进行全面推广，经过多年使用统计，大幅提高了在线寿命，在线产量也由以前不足30万吨提高到70万吨以上，从而实现了轴承改型的目的和意义。
参考文献
1、卜炎，王云飞，夏新涛等，《实用轴承技术手册》 机械工业出版社， 2004年1月第1版
2、FAG中国有限公司 FAG滚动轴承 样本号WL41520/3CHA 2002年7月