2 MW軋機(jī)主電動(dòng)機(jī)軸瓦燒損原因分析及改進(jìn)

劉景柏

(新疆八一鋼鐵股份有限公司 軋鋼廠，烏魯木齊 830022)

1 問(wèn)題的提出

650，530兩組2 MW軋機(jī)主電動(dòng)機(jī)機(jī)組在軋制220 mm×240 mm方坯過(guò)程中，主電動(dòng)機(jī)軸瓦溫度會(huì)隨軋機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間而逐漸升高，且呈持續(xù)上升趨勢(shì)，導(dǎo)致多次發(fā)生電動(dòng)機(jī)軸瓦燒損故障。特別是在高溫季節(jié)，軸瓦溫度經(jīng)常升高到65 ℃以上，極易造成燒損，從而迫使機(jī)組多次停機(jī)降溫，嚴(yán)重時(shí)每班要停機(jī)20 min以上，極大地影響了機(jī)組的正常生產(chǎn)。曾采取提高軸瓦進(jìn)、回潤(rùn)滑油量，增大冷卻水流量，增加風(fēng)機(jī)吹冷風(fēng)等降溫措施，但效果均不夠理想。

2 原因分析

主電動(dòng)機(jī)采用動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承，其工作原理如圖1所示。軸瓦運(yùn)行時(shí)熱量主要由系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)潤(rùn)滑油受擠壓剪切和軸與軸瓦接觸摩擦產(chǎn)生，其中，軸與軸瓦直接接觸摩擦產(chǎn)生的熱量為最主要的部分。正常情況下，軸與軸瓦由一層較為理想的動(dòng)壓潤(rùn)滑油膜分開(kāi)，處于流體潤(rùn)滑摩擦狀態(tài)，產(chǎn)生的摩擦熱量較少；系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量可通過(guò)潤(rùn)滑系統(tǒng)管路和油、水換熱器以及軸瓦外殼向外部擴(kuò)散，保持熱平衡，使系統(tǒng)在限定溫度下正常運(yùn)行。而當(dāng)軸與軸瓦間動(dòng)壓油膜形成不理想或軸與軸瓦處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)時(shí)，局部就會(huì)產(chǎn)生直接接觸，從而產(chǎn)生較多的摩擦熱。當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量大于系統(tǒng)向外散發(fā)的熱量時(shí)就會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)積蓄熱量，隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，熱量不斷增加，軸瓦溫度就會(huì)持續(xù)升高，最終導(dǎo)致軸瓦因溫度過(guò)高而燒損。

圖1 電動(dòng)機(jī)軸承動(dòng)壓潤(rùn)滑工作原理示意圖

2.1 轉(zhuǎn)速的影響

由于軋鋼設(shè)備的低速、重載及高沖擊載荷的工作特性，使得電動(dòng)機(jī)在軋制時(shí)產(chǎn)生一定的速度降，尤其在軋制巨型鋼坯時(shí)更為明顯。由動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承工作原理可知，最小動(dòng)壓油膜厚度hmin與軸的轉(zhuǎn)動(dòng)線速度v和潤(rùn)滑油黏度υ成正比，而與單位壓力р成反比，即hmin∝υv/p[1]。因此，電動(dòng)機(jī)軸與軸瓦間的相對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的波動(dòng)直接影響了動(dòng)壓潤(rùn)滑油膜的形成，使軸與軸瓦之間的動(dòng)壓油膜厚度產(chǎn)生波動(dòng)。低速時(shí)潤(rùn)滑油膜厚度較薄，軸瓦局部處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)，軸與軸瓦間直接或部分接觸，從而產(chǎn)生大量的摩擦熱。

2.2 軸瓦刮研缺陷的影響

對(duì)軸瓦進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)軸瓦底部有較大面積的接觸摩擦，接觸面刮痕粗糙，研點(diǎn)分布不均，進(jìn)油側(cè)油楔較小。由于刮研的缺陷，使軸與軸瓦之間不能形成良好的動(dòng)壓油楔，油楔進(jìn)油量不足，造成軸與軸瓦之間無(wú)法形成良好的動(dòng)壓潤(rùn)滑油膜，如圖2所示，軸瓦表面不平點(diǎn)的高點(diǎn)直接與轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生接觸摩擦。而軸瓦接觸面刮痕粗糙，又使得較高的點(diǎn)在很高的壓強(qiáng)和塑性變形作用下產(chǎn)生材料滑移，同時(shí)發(fā)生基體金屬黏著現(xiàn)象，并產(chǎn)生剪切作用，使得合金材料磨粒向轉(zhuǎn)動(dòng)方向(圖3中f所指方向)堆積。當(dāng)這種現(xiàn)象進(jìn)一步擴(kuò)大時(shí)，將使軸瓦再附上一層合金材料的磨粒層，從而破壞了軸瓦的原始結(jié)構(gòu)形狀，致使其受力不均，破壞了潤(rùn)滑油膜，最終導(dǎo)致軸瓦發(fā)熱燒損。

圖2 軸瓦合金表面粗糙對(duì)動(dòng)壓潤(rùn)滑油膜的影響示意圖

圖3 軸瓦合金黏著磨損顆?；贫逊e示意圖

2.3 潤(rùn)滑方式的影響

主電動(dòng)機(jī)采用側(cè)面底進(jìn)式給油潤(rùn)滑，如圖4所示。這種給油方式的缺點(diǎn)是：潤(rùn)滑油可能從油路底接觸口、軸瓦瓦肩徑向等配合連接處大量泄漏，使進(jìn)入軸瓦內(nèi)形成潤(rùn)滑油楔的有效潤(rùn)滑油量減少，油量不足導(dǎo)致動(dòng)壓潤(rùn)滑油膜形成較薄，軸瓦易產(chǎn)生局部接觸摩擦；同時(shí)因參與軸瓦潤(rùn)滑的油量少，則通過(guò)潤(rùn)滑油帶走的熱量亦減少；若增大給油量，泄漏情況會(huì)更為嚴(yán)重，且容易造成潤(rùn)滑油從軸承兩端泄漏，污染環(huán)境。

1—軸承座；2—出油孔；3—甩油環(huán)；4—電動(dòng)機(jī)軸；5—軸承座上蓋；6—窺視孔；7—上軸瓦；8—潤(rùn)滑油路；9—進(jìn)油孔；10—下軸瓦圖4 底進(jìn)式給油潤(rùn)滑

3 改進(jìn)措施及效果

3.1 改進(jìn)給油方式

由側(cè)面底進(jìn)式給油改為上淋式給油，在不改變電動(dòng)機(jī)軸承座體結(jié)構(gòu)的情況下，利用軸承座蓋上的2個(gè)窺視孔作為給油口，利用軸承座兩側(cè)面的油位顯示窗口作為回油口，其他結(jié)構(gòu)不變，如圖5所示。

1—潤(rùn)滑油；2—出油口；3—軸承座；4—螺栓；5—軸承座上蓋通風(fēng)口、窺視孔；6—進(jìn)油口；7—可視油杯；8—上蓋；9—上軸承；10—電動(dòng)機(jī)軸；11—甩油環(huán)；12—下軸承；13—油位顯示杯圖5 上淋式給油潤(rùn)滑

改進(jìn)后，潤(rùn)滑油從軸承座上蓋的窺視孔進(jìn)入，從側(cè)面原油位顯示窗口流出，其回油高度剛好可以滿足甩油環(huán)潤(rùn)滑的需求。潤(rùn)滑油直接澆淋到軸上并隨軸的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入油楔，從而保證有充足的潤(rùn)滑油形成油楔，同時(shí)將軸上的熱量帶走，潤(rùn)滑油量調(diào)節(jié)操作也比較直觀。電動(dòng)機(jī)軸承與潤(rùn)滑油面具有一定的高度差，回油靠液體的落差經(jīng)濾油器直接流回油箱。通過(guò)控制潤(rùn)滑油的溫度和流量即可達(dá)到控制軸承溫度的目的。改造后，甩油環(huán)潤(rùn)滑方式不變，在壓力循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)暫時(shí)故障時(shí)，甩油環(huán)潤(rùn)滑仍能堅(jiān)持一段時(shí)間，以保護(hù)主電動(dòng)機(jī)軸瓦不斷油，起到一定的安全防護(hù)作用。

3.2 提高軸瓦刮研精度

總結(jié)維修實(shí)踐，確定出的刮研方法為：軸瓦承載區(qū)刮研接觸角大約為80°左右，在此范圍內(nèi)硬實(shí)研點(diǎn)從中部均勻向兩側(cè)分布，并逐漸隱虛，軸瓦研點(diǎn)分布如圖6所示。軸瓦研點(diǎn)數(shù)控制在6個(gè)以上(25 mm×25 mm)。軸瓦油楔楔入側(cè)中部研點(diǎn)隱淡，兩邊瓦口硬實(shí)，逐步過(guò)渡形成楔形。在刮研過(guò)程中，刮刀走刀方向每次與上一次的走刀方向相互交叉(基本呈45°交叉)，并且每次刮削一遍后，應(yīng)輕輕地將刀痕棱及毛刺等修平。這樣刮研的目的，一是考慮軸瓦承受軸的徑向載荷時(shí)，產(chǎn)生的塑性變形對(duì)接觸角度的影響，以保證接觸良好；二是便于潤(rùn)滑油楔入，形成良好的潤(rùn)滑油膜。

圖6 軸瓦研點(diǎn)示意圖

適當(dāng)?shù)拈g隙是滑動(dòng)軸承正常運(yùn)行的基本要求，通常，滑動(dòng)軸承可按轉(zhuǎn)速高低選取相對(duì)間隙值ψ，其經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式為[2]

式中：n為軸頸轉(zhuǎn)速，r/min。

軋鋼主電動(dòng)機(jī)滑動(dòng)軸承相對(duì)間隙值ψ=0.001～0.001 2 mm[3]，故軋鋼主電動(dòng)機(jī)滑動(dòng)軸承合金軸瓦的直徑間隙(即頂隙)應(yīng)為Δ=dψ=(0.001～0.001 2)dmm，兩側(cè)間隙應(yīng)相等，單側(cè)間隙應(yīng)為頂間隙的1/2～2/3。軸承間隙可通過(guò)壓鉛、ψ塞尺和千分表等方法測(cè)量， 在刮研軸瓦時(shí)，要嚴(yán)格保證軸瓦各項(xiàng)間隙要求。軸瓦經(jīng)研刮后必須調(diào)整間隙，在上、下軸瓦的接觸面間加調(diào)整墊片時(shí)，兩邊墊片的總厚度應(yīng)相等，墊片不得與軸接觸，距軸承內(nèi)徑邊緣不宜超過(guò)1 mm。

3.3 軸瓦溫度顯示

在主電動(dòng)機(jī)軸承座中增設(shè)溫度檢測(cè)探頭，并將檢測(cè)到的軸瓦溫度直觀地顯示出來(lái)，便于值班人員觀察操作，以避免發(fā)生事故，造成不必要的停機(jī)。

改進(jìn)前、后電動(dòng)機(jī)軸瓦運(yùn)行溫度對(duì)比如圖7所示。由圖可以看出：改進(jìn)后電動(dòng)機(jī)軸瓦運(yùn)行溫度一直保持在45 ℃以下，較以前有大幅度下降，且溫度變化更加平緩，特別是在7月份的高溫季節(jié)，電動(dòng)機(jī)始終運(yùn)行穩(wěn)定，再?zèng)]有發(fā)生事故，確保了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

圖7 主電動(dòng)機(jī)軸瓦溫度隨時(shí)間變化曲線圖

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)采取改進(jìn)潤(rùn)滑方式、提高軸瓦研磨精度及增設(shè)溫度顯示裝置等措施，使軸瓦工作溫度保持在45 ℃以下，大大提高了電動(dòng)機(jī)軸瓦運(yùn)行的穩(wěn)定性，沒(méi)有再發(fā)生燒瓦事故。但存在的不足是操作過(guò)程中研磨、測(cè)量和調(diào)試時(shí)間較長(zhǎng)；為保證精度須專(zhuān)人操作，且勞動(dòng)強(qiáng)度較大。對(duì)此需在以后的工作中加以探索與改進(jìn)。