1 前言
2006年11月，济南钢铁集团股份有限公司中板厂四辊精轧机下位主电机出现转子轴向窜动现象，当主电机带动轧辊空转时，其轴向窜动量为2～3mm，轧制时，尤其在轧制薄规格多倍尺板的后两道次，最大窜动量达10～12mm。其特征是：轧制奇道次、钢板向出口方向运动，下位主电机转子向北窜动，至抛钢时窜动达到最大;轧制偶道次、钢板向入口方向运动，下位主电机转子逐渐向南复位，至抛钢时窜动达到最大。主电机转子的窜动严重危及主电机自身的安全运行，造成主电机呲火、碳刷更换频繁，同时影响轧机的稳定轧制。2006年11月～2007年3月，因精轧机主电机窜轴影响生产时间21.87h;碳刷更换周期由原来的每2月更换40块，增加到每16h更换60块(去除停机时间)，导致备件成本显著增加，同时因电机窜轴造成精轧机板形控制难度增加，钢板易出现镰刀弯缺陷，降级改判率上升。
2 原因分析
济钢中板精轧机为Φ820/Φ1600mm×2500mm四辊可逆式轧机，工作辊装配质量23t，主电机转速为0～60～120r/min，最大动态轧制力为24500kN。
四辊轧机从结构本身来说，并不会产生轴向力，但由于轧机有制造和装配误差，以及原料有横向厚度误差、轧机使用过程中有关零部件的磨损和变形等一系列因素的作用，轧机轴向力是必然存在的。该轧机上下工作辊是传动辊，两辊不会绝对平行(即存在轧辊交叉)，使轧制过程中轧件的变形抗力产生一个轴向分力，当此分力足够大时就会使轧辊向受力大的方向窜动[1,2]。轧辊的交叉情况有两种：一是水平交叉，导致此现象的主要原因有：(1)轧机牌坊滑板磨损不均匀，配合间隙变大和不对称分布，造成轧辊水平交叉进而产生轴向力，驱使轧辊产生轴向窜动。(2)轧制咬入瞬间，钢板前端与工作辊辊缝出现夹角，导致轧辊两轴承座相对扭动。(3)工作辊轴承座与下支撑辊轴承座间隙过大。(4)轧机传动接轴中部腰瓦龙门架固定不牢，导致联接轴对轧辊产生一个额外水平负载。二是垂直交叉，导致此现象的主要原因有：(1)轧辊在加工修磨中存在加工误差，使轧辊呈锥形。(2)轧件不对中，推床调整不好，导致送入轧件偏斜，或者偏离轧制线。(3)传动接轴中部腰瓦过、欠平衡使传动接轴对轧辊产生一个额外负载，另外这种万向接轴本身在角度变化时就对接轴有一个偏转扭矩。(4)轧件存在横向温度差，导致两侧的轧制力不同，造成轧辊垂直交叉。
针对上述原因采取相应措施后，电机窜轴依然存在。当下工作辊向南窜时，与下工作辊配合的下传动接轴轧辊端扁头沿接轴扁孔南滑，没有传递到主电机;下工作辊向北窜时，轧辊端接轴受到向北的轴向力，传递到电机主轴引起电机转子向北窜动。济钢中板厂目前使用的接轴在有少量轴向窜动时，该窜动量可通过花键轴在花键套中的伸缩予以调节消除掉，但在轴向窜动量为15mm左右时就无法调节消除，说明下接轴平衡定位部分出现了问题，使得花键轴在轴向失去了自动调节功能。因此必须改造或重新设计下接轴平衡定位装置以消除轴向力，才能从根本上解决下工作辊轴向窜动引起的主电机转子窜动隐患。
3 改造方案
在精轧机下接轴平衡定位改造过程中，假设轧制时工作辊产生的轴向力全部由新设计的平衡定位装置承担。在下接轴连接法兰处选定位置后，工作辊轴向力分析和计算如下[3]。
(1)因轧机制造误差引起的轴向力因轧机制造误差，组装后将使轧辊形成空间交叉，从而引起轴向力。两工作辊轴线水平交叉后，轧件作用在下工作辊上的轴向力F1为：
F1=2f·P·δ下，
式中，P为轧制力;f为工作辊和钢板间的摩擦系数;δ下为下工作辊偏离理论轴线的最大值。
两工作辊轴线在垂直方向交叉时，轧件作用于工作辊上的轴向力F2为：
F2=0.5 P·△d下/L
式中，L为辊身长;△d下为下工作辊两侧的直径差。
(2)因工艺操作不当引起的轧辊轴向力当操作不当引起钢板压偏时，两工作辊轴线将在垂直面内交叉，从而产生轴向力，即轧制力在轴向的分力F3：
F3=P·△h/B
式中，△h为钢板两边的压偏量;B为钢板宽度。
(3)因钢板横向厚度偏差产生的轴向力钢板横向厚度分布不均时，同样会使轧制力在轴向上产生分力F4：
F4=P·△H/B
式中，△H为轧后钢板两边的厚度差。
由此计算出实际轴向力达250～2300kN，大大超出轧机设计允许的轴向力范围，为此对下接轴平衡定位部分进行了改造，见图1，选用了型号为380668—1的重型四列圆锥滚子剖分轴承[4]，该轴承动载荷C=7500kN，静载荷C0=21900kN。
4 结语
对精轧机下接轴结构改造后，主电机转子轴向窜动量明显减小，由原来轧制过程中窜动量lO～12mm减小到2～3mm，空转时窜动量基本消除;电机碳刷呲火现象基本消失，更换周期恢复到2个月，主电机运行正常;轧制钢板板形良好，降低了钢板降级改判率，从而创造了可观的经济效益。
参考文献：
[1]赵林。金国田，宋岚，等.轧制轴向力问题研究现状与发展[J].轧钢，1997.14(1)：47-49.
[2]刘仁辅.四辊式中厚板轧机轧辊轴向窜动初探[J].轧钢，1995。12(6)：6-10.
[3]邱宣怀.机械设计[M].北京：高等教育出版社，1997.
[4]沈月岭.轧机轴向力和轴承寿命的研究[D].北京：北京科技大学，1999
