油气润滑技术在高线斯太尔摩风冷辊道的应用.pdf

第3 1 卷2 0 1 3 年第2 期 总第 1 6 4 期 使用与维护 油气润滑技术在高线斯太尔摩风冷辊道的应用 李鹏飞 程相文 ’ 王芳。 1 ． 河北联合 大学2 ． 唐钢第二钢轧厂 3 ． 烟 台华顺机械工程设备有限公司 唐山0 6 3 0 0 0 【 摘要】 介绍了唐钢高线斯太尔摩风冷辊道轴承及传动链条用油气润滑取代干油润滑， 延长 了辊道轴承 及链轮、 链条的使用寿命， 消除了辊道事故， 减少了油脂消耗， 提高了产品合格率， 取得了显著效益。 【 关键词】 高线斯太尔摩风冷辊道油气润滑应用 Ap pl i c a t i o n o f Oi l -a i r Lu br i c a t i o n Te c hn o l o g y o n S t e l mo r Ai r Co o l i n g Ro l l e r Ta b l e f o r Hi g h S p e e d W i r e Ro d M i l l LI Pe n g f e i ’ 一 ， CHENG Xi a n g we n’ ， W ANG F a n g r J ． H e b e i U n i t e d U n i v e r s i t y 2 ． N o ． 2 S t e e l m a k i n g a n d R o l l i n g P l a n t o f T a n g s h a n I r o nS t e e l C o ． ， L t d ． ， 3 ． Y a n t a i H u a s h u n Ma c h i n e r y E n g i n e e r i n g E q u i p me n t C o ． ， L t d ． ， T a n g s h a n 0 6 3 0 0 0 【 A b s t r a c t 】 T h e g r e a s e l u b r i c a t i o n h a s b e e n r e p l a c e d b y o i l a i r l u b ri c a t i o n f o r t h e b e a ti n g a n d d riv e c ha i n o f S t e l mo r a i r c o o l i n g r o l l e r t a b l e i n T a n g s h a n I r o n a n d S t e e l Co ． ，L t d．I t h a s a c h i e v e d o b v i o us b e n e fi t s ， s u c h a s p r o l o n g i ng t h e s e r v i c e l i f e o f t he b e a r i n g ，s p r o c k e t a nd d r i v e c h a i n， e l i mi n a t i n g a c c i de n t s o f t he r o l l e r t a bl e ， de c r e a s i n g g r e a s e c o ns ump t i o n a n d i mp r o v i n g t h e y i e l d ． 【 K e y w o r d s 】 S t e l m o r a ir c o o l in g r o l l e r t a b l e o f h i g h s p e e d w ir e r o d m i l l ， o i l a ir l u b r i c a t io n ， 1 应用背景 高线斯太尔摩风冷辊道为辊式延迟型斯太尔 摩控冷线 ， 其作用是将吐丝机处形成 的线 圈运到 集卷筒人 口的传动装置上 ， 并且使线材从散卷状 态连续通风进行控制冷却， 使线材达到不同品种 性能要求 ， 是 高速线材生产 中控制线材组织性能 的关键设备。 斯太尔摩风冷辊道全长 1 1 0 m， 采用分段集 中 驱动方式 ， 共 2 6 组 ， 各组 由一 台直流电动机通过链 条驱动 ， 安装辊子约 5 4 6 根。辊子两端各用一个带 座轴承支撑。根据产品规格的不 同、 急冷 、 缓冷等 控冷方式 的需要 ， 辊道运行 的速 度可以在 0 ． 0 5 ～ 1 ． 3 m ／ s 之间进行调整。辊道辊 子轴承原采用干油 集中润滑的方式。为了满足工艺的要求 ， 在缓慢 型冷却方式下 ， 风冷线的辊道速度非常低 ， 辊道在 传送高温线圈和非常低的速度情况下， 造成设备 环境温度较高， 平均在7 0 0 C 以上， 辊道容易变形， 润滑脂在高温下容易老化变质， 也极容易导致干 油融化流失或在管路 内焦结 ， 润滑效果难 以保 证。在实际使用中， 为了防止因润滑不良造成的 一 1 2一 轴承卡死、 链条断裂等设备故障， 不得不缩短给油 周期 ， 因此 ， 每年消耗大量的高温油脂。 生产 当中为了达 到优 良的产品性能 ， 很多产 品需要盖上保温罩 ， 降低辊道运行速度 ， 对线卷进 行“ 缓冷 ” ， 导致辊道区域环境温度非常高 ， 同时干 油润滑后排出或多余的干油造成堆积， 干油极易 融化 ， 融化 了的干油不仅污染环境 ， 而且高温经常 会引发废油燃烧 ， 尤其在夏季高温时间， 燃烧更加 频繁， 构成 了一个比较严重的火险隐患。 另外 ， 由于区域环境粉尘大 ， 尤其是细碎的氧 化铁皮多 ， 大量 的氧化铁皮极 易进人或黏附在辊 道轴承 内部或链条 、 链轮上 ， 形成 了具有一定危害 的磨削剂 ， 加快 了轴承 、 链条及链 轮的磨损 ， 造成 轴承卡死、 辊颈磨损断裂以及链条断裂等故障， 链 条 、 链轮快速老化造成的故障也时有发生 ， 生产顺 行受到了较大影响。事故时停放在辊道上的线卷 因得不到处理 ， 性能不合格而产生废品 ， 严重影响 了产品合格率。针对问题， 经过认真分析和研究 ， 结合油气润滑方式的原理和优点， 对辊道轴承 、 链 轮及链条润滑进行改造 ， 将油脂润滑改为油气润 使用与维护 第3 l 卷2 0 1 3 年第2 期 总第 1 6 4 期 滑 ， 取得 了良好 的效果 ， 不仅延长了零部件使用寿 命， 减少了轴承润滑不良而卡死的故障， 生产效率 和产品合格率得到了提高 ， 也改善了周围的环境。 2 油气润滑 系统的工作原理及组成 图1 是油气形成的示意u ， 单相流体油和单相 流体压缩空气并不真正融合， 而是在压缩空气的 作用下， 润滑油沿管道内壁不断地螺旋状流动并 形成一层连续油膜 ， 最后 以精 细的连续 油滴 的方 式喷到润滑点 ， 这就是油气润滑 。 油 O 图 1 油气润滑原理 著名轴承制造商S K F 提供的数据表明， 在油 气管中油的流动速度和压缩空气 的流动速度大相 径庭 ， 如 图 1 所示 ， 油 的流速远远小于压缩空气 流 速 ， 而从 油气 管中出来 的油和压缩 空气也是分离 的 ， 因此压缩空气并没有被雾化 ， 这是油气润滑与 油雾润滑的重大区别。 高线斯太尔摩风冷辊道油气系统采用单线 多 卫星式油气润滑系统 ， 主要 由 1 个油气主站 、 9 个油 气卫星站 、 若 干油气分流块 、 P L C电控箱和 中间连 接管路等组成 见图2 。单线多卫星式油气润滑 系统主要应用于润滑点多 可达数千个 、 分布范 围广 、 环境恶劣的场合。高线风冷辊道润滑点多 大 1 6 0 0 多个 ， 而且工作环境恶劣 ， 非常适合应用单 线多卫星式油气润滑系统。 主站负责 向各卫星站供 油 ， 由油箱 、 油泵 一 用一备 、 过滤器 带差压控制器 、 压力控制器、 流 量计 、 安全 阀以及各种阀门、 管路附件和压力检测 仪表、 P L C 控制及显示装置等组成。系统正常工作 时， 工作油泵一台工作， 当系统出现故障油量不足 时 ， 备用油泵也投人工作 ， 当工作油泵 出现故障不 能工作时， 由备用泵代替工作泵工作， 二台油泵也 可 以交 替使用 。压 力检测 仪表用于显示 供油 油 压 ， 一个数字显示 的压力控制开关用于显示 系统 油压和控制泵的启动和停止。 油气卫星站是压缩空气 处理 、 润 滑油 的分配 以及油气 混合 和输 出的总成 ， 每个卫星站都 能独 立工作 。卫 星站 主要 由润滑油 的分配部分 、 压缩 空气处理和供给部分 、 油气混合和输出部分等组 成， 用于向其管辖的区域供送油气流 见图3 。它 是通过卫星站 中的K M型单线递进式分配器和油 阀的组合来实现对供油量的控制， 要多少供多少， 每个润滑点在单位时间内能按时得到所需的润滑 油， 这一控制完全是 自动进行的。如果感到润滑 点 的 油 量 过 多 或 太 少 ， 只 需 调 整 各 卫 星 站 内 H H D F P型单线递进式分配器的工作周期 ， 延长工 作周期可减少供油量 ， 缩短工作周期可增加供油 量， 这种减少或增加供油量的方法能使卫星站管 辖范围 内的所有 润滑点 同步按 比例减少或增加。 对工作周期的调整只须在主站的P L C 操作面板上 进行 ， 非常简便 。 卫星站 分站 图2 单线多卫星式油气润滑系统 1 一 油箱 ； 2 一 液位控制继 电器； 3 一 手动卸荷 阀； 4 -齿轮 泵； 5 - 单 向阀； 6 一高压过 滤器； 7 一 蓄能器； 8 - 数显压力开关； 9 - 压力表； 1 0 一 油路连接块； 1 1 一 电控箱 一 1 3 第3 1 卷2 0 1 3 年第2 期 总第1 6 4 期 使用与维护 压缩 空气进 压力油进 图3 卫星站 1 一二位二通电动止回阀； 2 一气动三联件 ； 3 一二位二通气动 电回阀； H M 型单线递进式分配器 带监控开关 ； 卜 油气混合器 3 油气润滑系统的主要技术参数设计 高线斯太尔摩风冷辊道共有 2 6 组 ， 每组 2 l 根 辊 ， 每组轴承润滑点4 2 个 、 传动链润滑点 2 0 个 ， 1 ～1 8 组采用 U C 2 1 0 轴承 ， 1 9 ～2 6 组采用 U C 2 1 1 轴 承 ， 由轴承制造商 S K F提供 的用于计算滚动轴承 油气润滑时的耗油量I 见式 1 ， 可计算系统耗油 量 - D B C 1 ∑ 0 力 。 2 式 中 轴承耗油量／ m l ／ h ； D 一轴承外径／ m m； 卜轴承列宽／ mm； S F K润 滑 系数 ， C 0 ． 0 0 0 0 3 0 ． 0 0 0 0 5 取0 ． 0 0 0 0 5 ； 总耗油量／ mL ／ h ； a单个轴承耗油量即式 1 中 p ； 安全系数； Ni 轴承数量。 经过计算油气总耗油量为2 4 1 8 m l ／ h 。 压缩空气量 的消耗与很多 因素有关 ， 目前还 没有一个用于计算压缩空气消耗量的公式或理论 推断 ， 根据油气润滑技术公司的多年实践 ， 用于轴 承或某些滑动面时 ， 平均每个润滑点的压缩空气 消耗量为1 ．5 m ／ h ， 根据这个经验数据得出， 高线斯 太尔莫风冷辊道压缩空气消耗量为2 4 1 8 m ／ h 。 油气系统油压工作压力 5 ～7 MP a ； 油气系统气压工作压力 0 ．4 0 ． 6 MP a ； 主站齿轮泵排量 1 ． 7 L ／ ra i n 最大压力 1 4 MP a ； 泵的工作周期 间歇制工作； 油气 系统工作方式 按 照设定 的工作／ 间隔周 期运行。 1 4 4 油气润滑的优点 1 润滑效率高 。在润滑过程中 ， 润滑油的用 量其实并不是越多越好。图4 为给油量 Q 、 轴承温 度f 、 轴承摩擦M三者之间的关系曲线， 从图4 可以 看 出， 三者之间的并不是成正 比关系 ， 润滑效果实 际上存在一个临界点 ， 当给油量增大到一定程度 时， 大量的润滑油带走轴承产生的热量 ， 因此轴承 的温度就会呈现下降趋势 ， 这正是传统润滑方式 中所希望看到的良好 的润滑效果 。在这条曲线的 中部 ， 温度值是最高 的， 因为此时给油量还没有达 到足以带走轴承产生的热量的地步， 相反， 多余的 润滑油本身摩擦也产生 了热量 ， 随着 给油量 的增 大， 轴承摩擦也增大。 油气润滑系统正是利用 了图4中两条曲线的 最低点区域 ， 也就是给油量最小的地方 ， 此时的给 油量可以满足润滑点的润滑需要 ， 由图中可见 ， 只 要极少量 的润滑油就可以使润滑点处于温度和摩 擦最小的状态 。因此实现润滑剂的 1 0 0 ％被利用 ， 效率极高。 F 一 一～ ＼ ． ／ ． 、一 、、 图4 润滑曲线 2 油气润滑效果好 。由于油气本身原理上 的优势 ， 轴承的工作环境从 以下几个方 面得到 明 显改善 a 、 由于油气润滑系统给每一个轴承 的润 滑剂保持在最低水平 ， 因此可 以消除润滑剂本身 的摩擦发热； b 、 油气润滑系统有压缩空气在轴承 座内部形成正压， 防止周围环境中的灰尘、 氧化铁 皮 、 水蒸气等不利于轴承润滑的杂质进入轴承 ， 保 持轴承的清洁， 客观上起到气封的作用； c 、 压缩空 气同时可以将轴承 自身摩擦产生的细微金属微粒 迅速清理干净 ； d 、 压缩空气的比热小 ， 并且是连续 送人轴承， 可以明显降低轴承温度。油气润滑不仅 可以克服干油润滑的不足 ， 而且 由于随着压缩空气 的排出， 可以使轴承座的温度降低5 O ℃左右。 3 润滑剂消耗量极 少 ， 运行和维护费用低 。 一 使用与维护 第3 1 卷2 0 1 3 年第2 期 总第 1 6 4 期 如前 所述 ， 油气润滑 系统由于采用先进 的润滑工 作机理， 因此在可以保证轴承获得正常润滑油膜 的前提下， 所需要润滑剂的消耗量是采用传统润 滑系统所无法想象的一个数量， 这个数量仅仅是 干油润滑情况下润滑剂消耗量的几十分之一。 在大多数冶金企业 的实 际应用情 况来看 ， 采 用一套油气润滑系统的耗油量甚至比采用稀油润 滑站 的情况下 的泄漏量还要少。并且油气润滑所 需要的润滑剂仅需要普通的工业齿轮油 即可 ， 无 需选用昂贵的特制油品。 4 有效改善环境 ， 消除了火灾隐患。在油气 润滑的过程中 ， 可以根据现场 的使用情况 ， 适 当调 节油量， 油气润滑的给油量本来就很小， 所以并不 会在现场 留下过多残 留油液 ， 少量 油液也会及 时 蒸发 ， 从而彻底解决了油液残 留堆积问题 ， 现场环 境较好， 更从根本上解决了火灾隐患的问题。 5 系统结构 简单 、 可靠 ， 可实现监控 。工作 原理简单， 配管简洁明了， 动作稳定可靠。主要分 配器及油气混合块安装在全封闭的结构 中， 因此 可以最大限度避免周围恶劣环境中杂质的侵人造 成油气混合块 的失效。 6 油气润 滑可以大幅度降低设备 的运行 和 维护费用。如油脂采购费、 传动件更换及修理费、 备件采购及储备费 、 因设备故 障导致停机带来 的 损失等 。降低维护费用 8 5 ％以上 ， 大大 降低劳动 强度。 5 现场应用的一些问题 1 压缩空气管路增加 了储气罐和净化装 置。 由于整个风冷辊道油气点数 较多 ， 用气量相 对较大 ， 投入后对整条生产线 的压缩 空气 系统产 生了影响 ， 压缩空气系统压力下降 ， 生产线的其他 它气动设备功能出现异常； 另外， 由于原压缩空气 系统使用的是湿气 ， 未经干燥净化 ， 对油气系统 的 空气 过滤装置造成 较大负担 ， 卫星站空气滤芯更 换频 繁 ， 空气 内含 的水分对润滑效果也造成 了一 定影 响。为了解决 这一问题 ， 在油气 系统空气主 管路增加一个6 m 储气罐， 以平衡稳定整个生产线 的压缩空气压力 。另外增加一套空气 干燥器 ， 以 消除压缩空气中含水造成的影响。 2 油 气 系统 注 意 北 方冬 季 寒 冷造 成 的影 响。北方冬季寒冷， 油气泵站及供油管路以及油 气主供应管路 ， 如暴露在空气中， 应考虑保温措 施， 以消除冬季大的降温对油气系统造成的影响。 6 使用效果与结论 对斯太尔摩风冷辊道辊子轴承及链轮链条润 滑进行油气润滑改造后， 经过一年来的使用， 效果非 常明显 ， 基本上解决 了原来 的润滑方式所存在的问 题 ， 当年即收回投资成本 ， 取得了很好的经济效益。 1 现场 实际使用 情况 表明 ， 使 用油脂润 滑 时 ， 轴承及链条的平均使用寿命基本上只有 2 个 月， 改造使用油气润滑后， 轴承及链条的平均使用 寿命为 1 2 个 月 ， 有 的甚至达到 1 8 个 月 ， 轴承及链 条寿命的延长， 节省了大量备件费用， 年节约在 1 0 万元左右。 2 改造前 ， 斯太尔摩风冷辊道 ， 每月的油脂 消耗量为 9 桶 5 9 0 8 元／ 桶 ； 改造后 每月 的耗油量 实际仅为 5 桶 2 2 1 0 元／ 桶 。每年油脂消耗费用可 减少 5 0 ． 5 5万元左 右 ， 可见 ， 油气润滑系统代替高 温润滑脂 的润滑系统的经济效益是非常明显的。 3 从一年 的运行来看 ， 基本消除了风冷辊道 因轴承 、 链条润滑不 良造成 的事故 ， 每月可减少至 少 0 ． 5 h 事故时间 ， 可减少产量损失 6 5 t ／ 月 ， 减少产 生线材废品4 t ／ 月， 成材率明显提高， 事故的消除年 可创效约5 8 万元 。 4 油气润滑系统中除 了油泵 、 换 向阀和分配 器外 ， 无其他运动部件 ， 也无发热量大的元件 ， 因 此系统稳定性和可靠性好 ， 维护成本极低 ， 在运行 时保持压缩空气 的质量 ， 则基本上免维护 ， 从而节 约了大量的人工费用和检修维护费用 。 5 现场较干油润滑更加清 洁 ， 无堆积油污 ， 更未发生起火现象， 带来的潜在效益不可估量。 本次斯太尔摩风冷辊道油气润滑代替干油润 滑技术改造的成功 ， 说 明了在斯太尔摩风冷辊道 这种高温、 低转速、 多粉尘的工况下采用油气润滑 技术方式是非常合 适的选择 。因此 ， 对于油气润 滑的应用推广也是一次 比较好 的实践 ， 为企业增 效提供了一个很好的技改方案。 参考文献 f 1 ] 唐智敏． 油雾润滑和油气润滑． 中国机械工程学会摩 擦 学分会润滑技术专业委员会第十届润滑技术年会． 3 6 ． 【 2 J 杨和中， 刘厚飞． T URB OL U B油气润滑技术 四 ． 润 滑与密封 ， 2 0 0 3 ， 4 1 0 0 ． 2 0 1 2 -- 0 5 -- 0 2 收稿 一 1 5