静-动压油膜轴承的选择与应用探讨
静-动压油膜轴承的选择与应用探讨发布时间：2014-10-22王文波
（太原重工股份有限公司油膜轴承分公司）
摘 要：鉴于目前我国钢铁工业的飞速发展，轧辊油膜轴承广泛装备于现代各类轧机支承辊或轧辊上，而众多钢铁公司在动压油膜轴承、静-动压油膜轴承选择上存在较大的盲目性，本文以工程实际为例对此问题进行了探讨，并结合工业性测试数据来加以分析，提出了油膜轴承润滑方式选择上的指导性意见。
关键词：轧机；动压油膜轴承；静-动压油膜轴承
一、前言
轧辊油膜轴承乃滑动轴承中的一种，属于全液体摩擦轴承。按其工作方式可分为：动压油膜轴承、静压油膜轴承、静-动压油膜轴承。
动压油膜轴承，其工作原理是流体动力润滑理论。当轴在轴瓦中旋转时，供入轴承的油被卷吸到收敛的楔形间隙，由于流体动压作用，在轴与轴瓦之间形成了压力油膜以平衡外载荷，使轴与轴瓦脱离直接接触，形成液体摩擦。油膜轴承的承载能力由轴承几何尺寸、轴的转数、润滑油的粘度、轴承制造精度及材质等因素决定。目前已广泛应用于中、厚板轧机及热连轧机、线材轧机。如：宝钢集团浦钢3300㎜、首钢3500㎜、武钢3000㎜、舞钢4200㎜、安阳钢厂2800㎜、柳钢2800㎜中、厚板轧机；宝钢2050㎜、1580㎜、武钢1700㎜、鞍钢1700㎜、1780㎜、太钢1549㎜、本钢1700㎜、攀钢1450㎜热连轧机；首钢、鞍钢线材轧机。
静压油膜轴承，其工作原理是利用高压油泵将油送入油腔形成压力油膜，油膜压力是由高压泵建立起来的。可在零速下正常工作，但必须有一套可靠的高压供油系统，在轧机上很少使用。
静-动压油膜轴承，是动压油膜轴承与静压油膜轴承的有机结合。轧机在启、制动或低速运行过程中，油膜难以形成或者说油膜厚度较薄，处于半液体摩擦、或混合摩擦状态，对油膜轴承的寿命有一定的影响；静-动压油膜轴承改善了油膜轴承低速运行下的性能，但投资较大、使用维护费用较高。该类油膜轴承目前普遍应用于冷、热连轧机，其工作方式为间断工作制，当轧机处于零速或低速运行状态时，静压起主要作用；当速度达到一定值时，静压自动切除，动压工作。如宝钢2030㎜、1420㎜、武钢1700㎜冷连轧机；珠钢csp热连轧机。对于中、厚板轧机由于其速度低，静、动压之间难以切换，油膜轴承的工作方式为连续工作制。
随着我国钢铁工业的飞速发展，轧辊油膜轴承广泛装备于现代各类轧机支承辊或轧辊上，但从笔者参与的两次技术交流与谈判遇到的情况看出，目前钢铁公司在前期设备选型之初存在较大的盲目性，尤其是在动压油膜轴承、静-动压油膜轴承选择上，即油膜轴承润滑方式的选择上。如国内某钢铁公司厚板轧机甚至在油膜轴承规格未确定的情况下，听信外商片面之词订购了油膜轴承静压润滑系统，而根据轧制工况动压油膜轴承即可满足要求，选择了静-动压油膜轴承，造成了投资成本及以后使用中维护费用的增加；再如国内某钢铁公司炉卷轧机前期技术交流谈判时，外商提出需选择静-动压油膜轴承，该公司委托笔者根据轧机参数、轧制工况论证是否必须选择静-动压油膜轴承，经过计算分析提出动压油膜轴承可满足要求，外商接受了这一观点，一项一次性投资成本就节省100万元以上。鉴于此情况，笔者从理论上、工程应用上对油膜轴承润滑方式选择进行了论证，并提出了选择意见。
二、润滑方式的选择
油膜轴承的润滑方式如何选择，取决于轧机的轧制规程、轴承规格、轴承间隙、润滑油品等因素的匹配，换言之必需保证油膜轴承为液体润滑，满足轧机要求。动压油膜轴承的理论为流体动力润滑理论，即雷诺方程。
根据雷诺方程：
可以得出形成油膜润滑的条件是：
式中：
ψ………………………油膜轴承相对间隙
q………………………油膜轴承平均比压
η………………………润滑油动力粘度
n………………………油膜轴承转速
z………………………油膜轴承承载系数
动压油膜轴承的承载能力曲线：
从上述可以看出选择油膜轴承的原则是：
1、取决于轧制压力与轧制速度的匹配关系，简言之，只要轧制压力与轧制速度的匹配点在曲线范围内选动压油膜轴承即可满足要求。
2、轧制时间与间歇时间与承载曲线的综合等因素（包括油膜轴承间隙、润滑油品选用）。轧制过程中对于零速状况，因其时间非常短暂，在高速运行状态下形成的压力油膜并不会立刻消失，会保持一段时间，当然时间越长、载荷越大油膜越薄，需根据具体情况来选择。从下述实际使用情况可证实。
3、油膜轴承的结构形式对选择动压油膜轴承、静-动压油膜轴承有一定程度的影响。太原重工开发研制的衬套偏心圆结构比同心圆结构更适用于低速、重载型油膜轴承。
下图为衬套内径结构示意图，同心圆直径为φ；偏心圆结构由偏心δ加半径r构成，偏心圆结构轴承相对间隙最小可达到0.3‰。在同为动压油膜轴承时，选用小间隙衬套，便可选用低粘度润滑油，降低润滑设备成本；同时在一定程度范围内，油膜轴承采用衬套偏心圆结构，动压即可满足轧机要求，而如采用衬套整圆结构，则只有用静-动压型方可满足轧机要求，油膜轴承润滑系统需增加静压部分，增加投资、及设备的维护。
三、工程实例分析
动压油膜轴承在轧机使用情况分析
舞钢4200特厚钢板轧机，设计成品板厚8～250㎜，宽1500～3900㎜，长3000～27000㎜的钢板，轧制钢锭40吨，而轧制速度仅为1～3m/s。太原重工《tz》牌zyc1300-75动压油膜轴承装于轧机支承辊上，用来承受4200吨轧制压力，该轧机为单机座四辊可逆热轧机，它要把钢锭或厚板坯一次加热轧成成品，轧制道次多达23道。因此轧机必须在频繁启制动下可逆轧制，由于用钢锭做坯料，为了得到需要的钢板宽度还必须进行横轧，轧制周期很短，每道轧制时间只有几秒钟，每道轧制油膜轴承只能转几转，甚至不到半转，有时还会出现零速咬钢和带钢压下等操作情况。该轧机的轧制工况相当恶劣，油膜轴承应属于低速、重载型油膜轴承。
舞钢4200轧机铜钢复合板实测力能参数数据：
上述实测力能参数数据来源于《舞钢4200轧机铜钢复合板轧制力能参数测试报告》。该套油膜轴承使用情况良好，并于一九八七年通过了机械工业部组织的鉴定，一九八七获得机械工业部科技进步二等奖。其中油膜轴承主要件衬套寿命长达13年，从上表所列数据、论述及使用情况可以看出：对于四辊可逆中厚板轧机其油膜轴承不一定必须配备静动压油膜轴承。
来源：《太原科技大学学报》2004年第z1期
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关键词：轧机；动压油膜轴承；静-动压油膜轴承
一、前言
轧辊油膜轴承乃滑动轴承中的一种，属于全液体摩擦轴承。按其工作方式可分为：动压油膜轴承、静压油膜轴承、静-动压油膜轴承。
动压油膜轴承，其工作原理是流体动力润滑理论。当轴在轴瓦中旋转时，供入轴承的油被卷吸到收敛的楔形间隙，由于流体动压作用，在轴与轴瓦之间形成了压力油膜以平衡外载荷，使轴与轴瓦脱离直接接触，形成液体摩擦。油膜轴承的承载能力由轴承几何尺寸、轴的转数、润滑油的粘度、轴承制造精度及材质等因素决定。目前已广泛应用于中、厚板轧机及热连轧机、线材轧机。如：宝钢集团浦钢3300㎜、首钢3500㎜、武钢3000㎜、舞钢4200㎜、安阳钢厂2800㎜、柳钢2800㎜中、厚板轧机；宝钢2050㎜、1580㎜、武钢1700㎜、鞍钢1700㎜、1780㎜、太钢1549㎜、本钢1700㎜、攀钢1450㎜热连轧机；首钢、鞍钢线材轧机。
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静-动压油膜轴承，是动压油膜轴承与静压油膜轴承的有机结合。轧机在启、制动或低速运行过程中，油膜难以形成或者说油膜厚度较薄，处于半液体摩擦、或混合摩擦状态，对油膜轴承的寿命有一定的影响；静-动压油膜轴承改善了油膜轴承低速运行下的性能，但投资较大、使用维护费用较高。该类油膜轴承目前普遍应用于冷、热连轧机，其工作方式为间断工作制，当轧机处于零速或低速运行状态时，静压起主要作用；当速度达到一定值时，静压自动切除，动压工作。如宝钢2030㎜、1420㎜、武钢1700㎜冷连轧机；珠钢csp热连轧机。对于中、厚板轧机由于其速度低，静、动压之间难以切换，油膜轴承的工作方式为连续工作制。
随着我国钢铁工业的飞速发展，轧辊油膜轴承广泛装备于现代各类轧机支承辊或轧辊上，但从笔者参与的两次技术交流与谈判遇到的情况看出，目前钢铁公司在前期设备选型之初存在较大的盲目性，尤其是在动压油膜轴承、静-动压油膜轴承选择上，即油膜轴承润滑方式的选择上。如国内某钢铁公司厚板轧机甚至在油膜轴承规格未确定的情况下，听信外商片面之词订购了油膜轴承静压润滑系统，而根据轧制工况动压油膜轴承即可满足要求，选择了静-动压油膜轴承，造成了投资成本及以后使用中维护费用的增加；再如国内某钢铁公司炉卷轧机前期技术交流谈判时，外商提出需选择静-动压油膜轴承，该公司委托笔者根据轧机参数、轧制工况论证是否必须选择静-动压油膜轴承，经过计算分析提出动压油膜轴承可满足要求，外商接受了这一观点，一项一次性投资成本就节省100万元以上。鉴于此情况，笔者从理论上、工程应用上对油膜轴承润滑方式选择进行了论证，并提出了选择意见。
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q………………………油膜轴承平均比压
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1、取决于轧制压力与轧制速度的匹配关系，简言之，只要轧制压力与轧制速度的匹配点在曲线范围内选动压油膜轴承即可满足要求。
2、轧制时间与间歇时间与承载曲线的综合等因素（包括油膜轴承间隙、润滑油品选用）。轧制过程中对于零速状况，因其时间非常短暂，在高速运行状态下形成的压力油膜并不会立刻消失，会保持一段时间，当然时间越长、载荷越大油膜越薄，需根据具体情况来选择。从下述实际使用情况可证实。
3、油膜轴承的结构形式对选择动压油膜轴承、静-动压油膜轴承有一定程度的影响。太原重工开发研制的衬套偏心圆结构比同心圆结构更适用于低速、重载型油膜轴承。
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三、工程实例分析
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舞钢4200特厚钢板轧机，设计成品板厚8～250㎜，宽1500～3900㎜，长3000～27000㎜的钢板，轧制钢锭40吨，而轧制速度仅为1～3m/s。太原重工《tz》牌zyc1300-75动压油膜轴承装于轧机支承辊上，用来承受4200吨轧制压力，该轧机为单机座四辊可逆热轧机，它要把钢锭或厚板坯一次加热轧成成品，轧制道次多达23道。因此轧机必须在频繁启制动下可逆轧制，由于用钢锭做坯料，为了得到需要的钢板宽度还必须进行横轧，轧制周期很短，每道轧制时间只有几秒钟，每道轧制油膜轴承只能转几转，甚至不到半转，有时还会出现零速咬钢和带钢压下等操作情况。该轧机的轧制工况相当恶劣，油膜轴承应属于低速、重载型油膜轴承。
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