CN100414128C - 轧辊支撑轴承 - Google Patents

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Abstract

用于浸入液态金属中的轧辊(33)的支撑轴承，包括一个同轴置于轧辊(33)末端的销(32)上的旋转内衬套(31)，并在一个固定在一个轧辊(33)支撑臂(37)的外衬套(34)内部旋转；内衬套(31)外表面设有轴向螺旋槽(39)外衬套(34)有一个环形凸起外表面以便在支撑臂的圆柱状环的内部无摩擦旋转(37)。

Description

轧辊支撑轴承
技术领域：
本发明涉及一种轧辊支撑轴承，其适合于在液态金属中的浸入操作，特别是在金属带的镀锌或镀铝系统中。
背景技术：
基于已知工艺，金属带被镀锌或镀铝的工艺中一个步骤是将金属带通过装有熔化的锌或锌-铝浴的槽。所述的金属带从槽的上方以一定角度进入，并以垂直角度从槽中出来。为了改变金属带通道，所用的轧辊必须可以移动以便维护和插入一个新金属带。为便于将所述的轧辊从槽中移出或插入槽中，其底部设有两个支撑臂。轧辊通过牢固固定在轴架上的轴承与所述的臂连接，由栓杆拉紧。这些轴承，通常为滑动轴承，其位于上述的架的内部，支撑金属带拉力导致的径向负载，而轴向力由位于轧辊末端与臂一体成型的平板承担。
这样的轴承的一个严重问题是它们快速损耗，这就需要频繁停止系统进行更换，从而导致轧辊不稳定和沉积在金属带上的锌或锌-铝层厚度不均。因为轧辊浸入的金属的高温，上述轴承磨损问题在于使用传统润滑剂难于选择轴承移动部分连接面所用的有效润滑剂和冷却剂。这样的润滑剂是复杂且不可靠的。
解决这样的问题是使用浴中的熔化金属自身来提高轴承的润滑和冷却。然而在这样的情况下，由于作用在金属带上的高负载结合接触面的高温使得轴承快速磨损。
这些轧辊的进一步问题是，由于轧辊浸入/脱出熔化金属浴导致的温度突变使得支撑臂变形，从而导致轧辊无法对准支撑轧辊的支架。进而导致部分接触，所述的部分是没有贯穿轴承全长而是停留在一个小区域，从而导致局部磨损。
前述的无法对准的另一个缺点是，由于操作中金属带的高拉力导致轧辊变形进一步加剧。
这些轴承的进一步问题时金属浴导致的腐蚀，这会影响进入部分(特别是轴承)表面，形成金属互化混合物，比如铁、锌和铝。
这些轴承进一步的问题是由于浴中存在杂质，也就是所谓的渣滓。其部分是因为浸入部分腐蚀导致的，部分是因为轴承接触面在摩擦下剥离的金属碎片。这些粒子会随时间而增加，并位于轴承活动表面，起到类似磨料的作用，在一些情况下会卡住轧辊。
现在有一些已知的轴承被设计来解决上述问题。
如图1所示的在一个现有技术解决方案中，轴承包括2个部分10和11，成分为钨铬钴合金，也就是硬合金，沿负载方向焊接在轧辊15的支架14上，以及一个衬套12。衬套12也是由硬合金制成的，并被焊接固定在轧辊的端销13上。所述两个部分10、11开口角度不同：部分10更宽，其用来支撑由作用在金属带上的拉力导致的负载；部分11比较窄，其只用于在浸入和拔出操作中支撑轧辊的重量。在衬套12和部分10、11之间是一个6mm径向间隙用来补偿支架的无法对准和轴的变形，以确保金属浴中的杂质不会导致轧辊被卡住。这个解决方案有如下缺点：硬合金石是比较昂贵且难以制造的材料，并与其焊接部分的钢有不同的线性膨胀系数，一旦轧辊被浸入，在焊接部分的拉力会导致其断裂；衬套12和部分10、11中间相当大的间隙对于轧辊的稳定性没有帮助，前面已经提到，对熔化金属的润滑作用也没有帮助，因为轴承产生的压力会使其被排斥；杂质粒子还可以陷在轴承接触表面之间，增加轴承的磨损。
已知技术的另一个方法是如图2所示。轴承包括3个陶瓷嵌入物16沿负载作用在轴承的方向排列，其与置于轧辊20端销18上的衬套17相接触。陶瓷嵌入物被置于支架19的内部凹处，通过楔入的方法固定。
尽管这个方案具有一些优点，比如当轴承磨损时提高轧辊稳定性，因为这里有3个接触点，但是因为下面的因素还存在不足：在接触部分没有熔化金属润滑，因为嵌入物的形状使得液体无法停留在接触部分；因为轴承不能补偿轧辊的变形和无法对准，沿嵌入物长度方向的磨损是不均衡的。另外陶瓷材料很昂贵。
US-A-5549393文献描述了如图3所示的轴承，其包括一个置于轧辊23的端销22上的表面加硬的钢旋转衬套21，和一个石墨外衬套24依次置于一个半球体支架25上。支架25可在有限角度内在一个包括两个内半球元件26和27的底座内旋转，一个隔块28和一个扣套螺母29；所述元件与支架30一体成型。
这个解决方案的优点是外衬套24可以同支架25一起转动，从而使得轧辊在负载时可以补偿支架底座的无法对准和轧辊变形，并从而确保轴承的均衡纵向磨损；然而还存在一些缺点：因为没有元件将熔化金属带入接触表面，熔化金属提供的润滑很少；杂质还是可以陷入接触表面之间从而增加轴承磨损；轧辊末端的旋转是通过在支架25和两个环26、27之间的接触表面上滑动实现的，从而因为表面之间的摩擦形成限制。所述的滑动摩擦阻碍了轧辊的正常排列。
发明内容：
本发明的一个目的是解决上述问题，在有限的成本内提供一种适合于浸入金属浴中的低磨损高使用寿命的轧辊支撑轴承。
本发明进一步目的在于提供一种有改进润滑效果的轴承，其可以在极端工作条件下合适地轴向旋转轧辊降低危险情况
本发明通过一个适合于浸入液态金属浴中的轧辊支撑轴承，定义一个第一旋转轴，包括一个同轴置于轧辊末端的销上并有一个圆柱状外表面的第一衬套，一个固定在轧辊的支撑元件上第二衬套，其中第一衬套被置于第二衬套内并可以沿轴旋转，其中第二衬套有一个外凸起表面，所述外凸起表面限定了一个环面，特征在于第一和第二衬套在操作过程中限定了一个沿其共长的相互接触表面，第二衬套被置于一个支撑元件的扣套中，所述扣套具有基本为圆柱形的内表面，借此轴承可以围绕与第一周垂直的第二轴无摩擦旋转。
本发明的轧辊支撑轴承，其中所述纵向槽的第一个(40)被置于相互接触面(43)之前以便形成可用于润滑和冷却的液态金属的聚积，和所述纵向槽的第二个(41)被置于所述相互接触面(43)之后。其中所述第二衬套(34)由焊接在一个轴承支架(36)上的板(35)固定。其中所述第一衬套(31)和第二衬套(34)之间的间隙小于1mm。由于本发明的特点，轴承很容易生产，做操作中稳定并有更长的使用寿命。
附图说明：
结合下面的附图以及对轧辊制成轴承非限制性实施例的详细描述，本领域技术人员会更清楚本发明的其他优点，其中：
图1显示已知轴承的侧视图；
图2显示另一个已知轴承的侧视图；
图3显示另一种已知轴承的剖视图；
图4显示使用本发明轴承的金属带无载托辊；
图5显示图1中轧辊A-A剖视图；
图6显示基于本发明的支撑轴承的侧视图；
图7显示图6所示轴承轴面剖视图；
图8显示图6所示轴承细部侧视图；
图9显示图6所示轴承细部侧视图；
图10显示本发明另一实施例的剖视图；
图11显示图10中轴承的侧视图；
图12显示图10中轴承细部的放大侧视图；
图13显示图10中轴承细部的放大正视图。
具体实施方式：
图4-9显示一个用于金属带1镀锌和镀锌-铝的无载托辊，其会被浸入金属浴中。轧辊33由一个基于本发明的轴承6支撑，该轴承包括一个置于轧辊33端部的销32上的第一旋转内衬套31。轴承也包括一个外衬套34，置于轴承支架36的扣套内；所述外衬套34由焊接在所述支架36上的板35固定。所述的支架36通过由两个栓杆38拉紧到臂的支撑法兰37紧密连接到臂2。
第一旋转内衬套31上置有一个螺旋槽或沟39，其可与轧辊33共同旋转。槽的作用是将熔化金属传送到轴承接触面，从而增加熔化金属的润滑和冷却效果，并能移除杂质进而降低杂质导致的磨损。
外衬套34与第一旋转内衬套31外表面接触的内表面设有纵向轴槽40、41、44、45。外衬套34还在其外表面置有一个凸起42，从而限定一个圆环面，也就是说，凸起的纵向平均半径比轴承的轴和外表面之间的距离大。
如上所示第一旋转内衬套31上的螺旋槽39和外衬套34上的纵向槽40和41基于下面的现象使得轴承的磨损减少：螺旋槽39使得衬套接触面43和纵向槽40、41中间的杂质从金属浴悬浊液中剔出，而且导入的熔化金属作用为润滑剂和冷却剂。事实上，因为高拉力下摩擦产生的热量比轴承浸入的熔化金属的温度高，在轴承内良好的金属循环可以改善轴承的冷却。
外衬套34在内径上是圆柱状的以确保最大滑动接触表面，其外表面是凸出的以确保与轴承的自对准调节。因为轴承是自对准的，它不需要通过内衬套31和外衬套34之间的间隙来提供一个空间来解决无法对准；基于这个解决方案，衬套之间的间隙可以被降低到不大于1mm。这使得在轴承纵向接触区的耐磨得到改进从而提高轧辊33的稳定性。
根据图9所示的旋转方向，纵向槽40被至于两个衬套34和31之间的接触面43之前，以便形成液态金属的累积，这被用来润滑和冷却，而当纵向槽41位于前述的接触区之后以便形成一个区域使得完成润滑和冷却作用的金属很容易从轴承侧边流出。
一旦轴承磨损，外衬套34可以旋转180°并再次使用，旋转后的纵向槽44和45与纵向槽40和41有相同功能。这会加倍外衬套34的使用寿命。
外衬套34的凸起42具有调整轴承以便补偿在负载影响下的支架无法对准以及轧辊33变形的功能。因为有环形凸起的外衬套34被置于支架36的内圆柱形扣套中，轴承通过纯粹的没有摩擦的滚轧运动的方法调整。这可以确保更好地在内外衬套共同接触表面分配负载；而且表面间的接触区在轧辊旋转轴的任意方向保持不变。
用来制造两个衬套31和34的材料有与制造轧辊和支架的不锈钢相似的膨胀系数，因此排除了焊接部分断裂的问题；而且也比硬合金和陶瓷便宜。
板35用来防止轴承从底座纵向脱出和轴承在底座内旋转。
从这个描述可以清楚本发明的轴承实现了预设目标并提供一系列优点，总结如下：其提供部分间最大滑动接合表面以及自对准；其产生轴承沿长度方向均衡的磨损从而提高轧辊稳定性；其确保降低轴承磨损；其排除了焊接部分的断裂问题；制造低廉并确保更长的使用寿命，至少是2倍时长。
本发明轧辊支撑轴承的其它实施例设有至少一排或一轮周的辊100，沿其各自母线相互连接，被置于内衬套31和外衬套34之间。在图10、11中的轴承有两个轮周的辊100，且衬套34内表面的形状适合于容置所述辊100。特别是外衬套34有一个中间环壁101，其功能是分隔两轮周的辊，而且两个端边102以便保持辊100。中间环壁101和端边102限定的底座(称为“滚道”或“跑道”)固定住辊100。因此不需要笼状结构来保持辊。
滚道的内表面设有一系列的圆形或螺旋槽以便由同一辊将杂质从接触表面移走。
辊100最好为短而厚的外形，也就是其有一个大直径和一个短旋转轴。事实上，因为在底座有一个间隙，必须避免辊沿着与滚道成直角的径向轴的小转动，也就是所知的“摆动”，这会导致在滚道内的同一辊被撑住从而导致轴承被卡住，最终使辊被楔入端边和中环壁之间。因此辊100的直径″d″和长度的比大约等于1，最好在0.7-1.2之间。
此外，中间环壁101的顶点以及端边102的顶点优选使得在远端接触位于轧辊同另一侧的端边102和中间环壁101之间的点，当辊出现小摆动，最大距离如图13所示。这样的摆动可能是由于轴承操作过程中滚道存在杂质。这意味着，参考图12，距离″b″最好与辊的直径″d″尽可能的接近。这样位于支撑或楔力F之间的力臂″c″最大，其等于摆动的转矩，所述的支撑力F被最小化。
在这个实施例中，辊100的轮周最好是1-4个。
有辊轮周的支撑轴承的优点是：轴承可以承载高达6吨的负载；轴承的使用寿命会被加倍，至少会等同于被浸入的轧辊33之一，也就是大约一个月；辊100和滚道的几何形状可以确保相同辊的稳定性从而降低轴承磨损；更高的金属带速度(提高大约30％)。

Claims (4)

1. 适用于浸入在一个液态金属浴中的轧辊(33)的支撑轴承，其限定第一旋转轴(X)，包括一个同轴置于轧辊(33)末端的销(32)上并有圆柱状外表面的一个第一衬套(31)，一个固定在所述轧辊(33)的一个支撑部件(37)上的第二衬套(34)，其中所述第一衬套(31)被容置于所述第二衬套(34)内部沿第一旋转轴(X)旋转，其中所述第二衬套(34)有一个外凸起表面，所述外凸起表面限定了一个环面，其中所述第一和第二衬套(31，34)在操作过程中沿其共长部分限定了一个相互接触表面(43)，所述第二衬套(34)被置于所述支撑部件(37)的一个扣套中，所述扣套有一个圆柱状内表面，借此所述轴承可以沿与所述第一旋转轴(X)成直角的一个第二轴无摩擦旋转，其特征在于所述第一衬套(31)外表面上有至少一个轴向螺旋槽(39)，所述第二衬套(34)内表面上有多个轴向纵向槽(40，41)。
2. 如权利要求1所述的轧辊支撑轴承，其中所述纵向槽的第一个(40)被置于相互接触面(43)之前以便形成可用于润滑和冷却的液态金属的聚积，和所述纵向槽的第二个(41)被置于所述相互接触面(43)之后。
3. 如权利要求1所述的轧辊支撑轴承，其中所述第二衬套(34)由焊接在一个轴承支架(36)上的板(35)固定。
4. 如权利要求1所述的轧辊支撑轴承，其中所述第一衬套(31)和第二衬套(34)之间的间隙小于1mm。
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