安鋼扇形段軸承使用壽命提高的措施淺析

供稿|李敏， 龐少偉， 王運(yùn)方/ LI Min， PANG Shao-wei， WANG Yun-fang

扇形段軸承是機(jī)械設(shè)備使用較為普遍的一種機(jī)械基礎(chǔ)件，它通用性強(qiáng)、標(biāo)準(zhǔn)化、系列化程度高。受安鋼第二煉軋廠工作條件的影響，扇形段軸承使用壽命嚴(yán)重低于其平均壽命，每一次大、中、小修，軸承更換頻率都非常高。不僅增加了生產(chǎn)成本，同時(shí)降低了生產(chǎn)效率。

扇形段軸承使用壽命的概念

在一定載荷作用下，軸承在出現(xiàn)點(diǎn)蝕前所經(jīng)歷的轉(zhuǎn)數(shù)或小時(shí)數(shù)稱為軸承壽命。扇形段軸承使用壽命是指扇形段軸承在實(shí)際的服務(wù)條件下(包括工作條件、環(huán)境條件和維護(hù)保養(yǎng)條件等)，能持續(xù)保持滿足鑄機(jī)要求的工作性能和工作精度的最長(zhǎng)服務(wù)期限。

根據(jù)最新扇形段軸承疲勞壽命理論，一只設(shè)計(jì)優(yōu)秀、材質(zhì)卓越、制造精良且安裝正確的軸承，只要其承受的負(fù)荷足夠小(不大于該軸承相應(yīng)的某個(gè)持久性極限負(fù)荷值)，則該軸承材料將永遠(yuǎn)不會(huì)產(chǎn)生疲勞損壞。該理論重大意義不僅在于它提供了一個(gè)比ISO壽命方程更為可靠的預(yù)測(cè)現(xiàn)代軸承壽命的工具，而且在于它展示了扇形段軸承的疲勞壽命有著極大的開發(fā)潛力，并展示了開發(fā)這種潛力的途徑，因而對(duì)軸承產(chǎn)品的開發(fā)、質(zhì)量管理和應(yīng)用技術(shù)有著深遠(yuǎn)的影響。但上述軸承的無限期運(yùn)轉(zhuǎn)理論僅對(duì)理想條件下才可能“實(shí)現(xiàn)”。現(xiàn)場(chǎng)使用的軸承，工作負(fù)荷往往具有不穩(wěn)定性，工作環(huán)境也難免會(huì)存在污染問題，再加上安裝誤差、潤(rùn)滑方面考慮不周、外部異物侵入等因素，致使現(xiàn)場(chǎng)使用的軸承或多或少不能具備上述理想條件，而其中任何一個(gè)條件稍有不足，都會(huì)縮短軸承的可用期限，這就產(chǎn)生了軸承的壽命問題。

安鋼第二煉軋廠扇形段軸承使用壽命現(xiàn)狀分析

以安鋼第二煉軋廠2#、3#連鑄機(jī)使用軸承為例，現(xiàn)在扇形段使用6種NSK(一種日本進(jìn)口軸承的品牌)的調(diào)心輥?zhàn)虞S承。連鑄機(jī)扇形段支承輥達(dá)到通鋼量要求(扇形段1～6段的下線標(biāo)準(zhǔn)是通鋼量達(dá)到40萬t，扇形段7～8段的下線標(biāo)準(zhǔn)是通鋼量達(dá)到50萬t，扇形段9～12段的下線標(biāo)準(zhǔn)是通鋼量達(dá)到60萬t)，正常下線后必須對(duì)框架和支撐輥進(jìn)行維修和修復(fù)，其中最重要的一項(xiàng)就是檢查和清洗軸承?，F(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)顯示，平均一個(gè)到期的扇形段軸承報(bào)廢量達(dá)70%以上，也就是說在扇形段上的一盤新軸承的平均壽命為9～10個(gè)月。另外，由于現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境的惡劣，有不少扇形段還不到期就由于軸承在線損壞而下線。

影響扇形段軸承使用壽命的主要因素分析

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，通過對(duì)安鋼第二煉軋廠扇形段軸承使用狀況分析，其故障及失效通常與潤(rùn)滑、裝配不當(dāng)以及誘發(fā)因素有關(guān)。其中80%以上是由于潤(rùn)滑與裝配不當(dāng)而導(dǎo)致過度磨損；10%左右由于現(xiàn)場(chǎng)誘發(fā)因素導(dǎo)致軸承損壞；只有10%才是由于軸承達(dá)到疲勞極限或設(shè)計(jì)壽命而失效。

分析扇形段軸承過度磨損而導(dǎo)致報(bào)廢的原因可知，通常是因?yàn)檩S承磨損使得軸承的工作游隙過大，導(dǎo)致主機(jī)的軸系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)精度下降，引起噪聲和振動(dòng)，給主機(jī)帶來附加的沖擊負(fù)荷。而軸承本身的內(nèi)部應(yīng)力也隨之增高，以致軸承不能承擔(dān)其預(yù)定的工作而失效。實(shí)際使用中軸承磨損失效常是軸承報(bào)廢的最主要原因，特別是對(duì)于在污染嚴(yán)重的環(huán)境中(煉鐵廠、煉鋼廠、燒結(jié)廠、焦化廠等)工作的軸承、高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承、承受沖擊負(fù)荷的軸承，以及高剛度主軸軸承等，大都因磨損而失效。而且，各種扇形段軸承本身就存在著不同程度的滑動(dòng)因素，安裝不對(duì)中、配合過松或過緊， 游隙選擇不當(dāng)?shù)龋紩?huì)使軸承中的滑動(dòng)因素成為顯因。此外，軸承制造廠對(duì)軸承產(chǎn)品清潔度保證，工人師傅在清洗、安裝和施加潤(rùn)滑等過程中對(duì)軸承清潔度的保證，以及潤(rùn)滑劑供應(yīng)者對(duì)潤(rùn)滑劑本身清潔度的保證等任一環(huán)節(jié)如有疏忽，都可能使軸承遭受污染。進(jìn)一步分析扇形段軸承潤(rùn)滑的基本目的，它是利用潤(rùn)滑膜層將相對(duì)運(yùn)動(dòng)的扇形段表面最大限度、盡可能持久地彼此隔開，以保證在軸承的預(yù)定工作壽命期間內(nèi)，不致因磨損發(fā)展過度而導(dǎo)致失效。附加目的是力求減少滑動(dòng)接觸部位的摩擦、防止銹蝕和散發(fā)熱量，通過潤(rùn)滑膜層減緩軸承的振動(dòng)和噪聲。再結(jié)合安鋼第二煉軋廠設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，可知扇形段軸承裝配不當(dāng)是造成潤(rùn)滑膜層不均勻的關(guān)鍵因素，也是造成不均勻磨損的最直接原因。并且近代制造的扇形段都將扇形段軸承的壽命、動(dòng)態(tài)性能和傳動(dòng)效率等各種參數(shù)也都與潤(rùn)滑聯(lián)系起來，研究如何提高扇形段軸承的潤(rùn)滑效能是提高其使用壽命的最直接方法。所以我們認(rèn)為安鋼第二煉軋廠扇形段軸承的保潔、正確潤(rùn)滑與裝配是提高安鋼第二煉軋廠扇形段軸承使用壽命的最關(guān)鍵因素。

提高扇形段軸承使用壽命的方法

扇形段軸承的潤(rùn)滑效能是指在其使用過程中潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑的效果與能力。根據(jù)上述分析，我們?cè)谄涫褂眠^程中，針對(duì)扇形段軸承的潤(rùn)滑效能問題采取了以下方法，取得了較好的效果。

安裝前

為保證安裝質(zhì)量，一是確保扇形段軸承絕對(duì)清潔，即安裝前應(yīng)將其保存在原來的包裝中；二是搬運(yùn)時(shí)避免搖動(dòng)和振動(dòng)，防止破壞軸承的機(jī)械性能；三是軸承應(yīng)水平保存，特別是有些較重的軸承長(zhǎng)時(shí)間豎直放置后，會(huì)由于自身的重量而變形；四是對(duì)于涂有油脂的(或密封的)軸承需特別小心，擱置時(shí)間應(yīng)按先進(jìn)先出的原則來控制。因?yàn)橛椭?jīng)過長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)后密度會(huì)改變，當(dāng)軸承第一次使用時(shí)，會(huì)有一定程度的轉(zhuǎn)動(dòng)噪音。

安裝與拆卸時(shí)

不要在扇形段元件上施加安裝力，這很容易導(dǎo)致扇形段元件和座圈接觸面的局部超載，從而導(dǎo)致軸承的過早失效；

確保場(chǎng)地清潔，特別是在夏季，避免強(qiáng)力風(fēng)扇正對(duì)維修現(xiàn)場(chǎng)；

使用合適的工具，禁止使用任何硬的工具(如錘子、起子等，實(shí)際工作中我們見過太多使用這兩種硬工具安裝和拆卸。)直接敲在軸承表面，這會(huì)導(dǎo)致軸承環(huán)的斷裂或破碎；

校核傳動(dòng)軸的軸承位和軸承座孔直徑尺寸，以及軸承及軸的同軸度情況，特別是大型設(shè)備，局部微小誤差也會(huì)造成軸承及軸的強(qiáng)烈磨損；

一般扇形段軸承不會(huì)從設(shè)備上拆下來，只有較大的軸承才會(huì)因預(yù)防性維護(hù)而需要拆卸。拆卸過程中，必須使用正確的工具，確保相鄰的部件沒有損壞；

試車前一定要檢查軸承安裝的緊固度、同軸度和定位情況，并確保旋轉(zhuǎn)的靈活性。

使用及維護(hù)

定期對(duì)軸承進(jìn)行再潤(rùn)滑。正確適當(dāng)?shù)脑贊?rùn)滑非常關(guān)鍵，潤(rùn)滑劑可以隔離軸承表面，從而減小摩擦，保護(hù)金屬部件以及防止污染和雜質(zhì)。但是在使用過程中，由于溫度、振動(dòng)、密封等因素的影響，潤(rùn)滑劑會(huì)不同程度的流失與失效。為此，必須注意，一是要選擇合適的潤(rùn)滑劑。目前潤(rùn)滑劑種類繁多，選擇時(shí)一般要選用軸承廠家推薦的扇形段軸承潤(rùn)滑劑，否則會(huì)嚴(yán)重降低其使用壽命；二是要定期對(duì)軸承進(jìn)行再潤(rùn)滑，因?yàn)樯刃味尾考南嗷ヅ浜瞎ぷ?，軸承潤(rùn)滑劑經(jīng)受著長(zhǎng)久的機(jī)械壓力，尤其是長(zhǎng)時(shí)間在高溫、潮濕或受到污染的環(huán)境中，潤(rùn)滑劑的化學(xué)性質(zhì)會(huì)有所改變，這些都會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑質(zhì)量下降，因此定期對(duì)軸承進(jìn)行再潤(rùn)滑是非常必要的。

軸承更換。只能使用與原來的尺寸、種類和精度相同的新軸承進(jìn)行替換。對(duì)于一般部位，扇形段軸承可直接用外形尺寸相同，內(nèi)部結(jié)構(gòu)屬于同一類型的國(guó)產(chǎn)軸承代用。對(duì)于較為重要的部位，國(guó)外軸承的代用需要從應(yīng)用技術(shù)方面作充分考慮，最好是將擬代用軸承的全部運(yùn)轉(zhuǎn)技術(shù)參數(shù)和環(huán)境條件，以及軸承的安裝部位圖紙，交由扇形段軸承專業(yè)部門提出代用意見。最好在國(guó)外機(jī)器進(jìn)口之后，立即考慮軸承代用問題，并向扇形段軸承專業(yè)部門提供國(guó)外軸承的樣品，以供研究代用問題時(shí)參考。但必須注意到，各個(gè)國(guó)家軸承產(chǎn)品在精度儲(chǔ)備、材質(zhì)、摩擦阻力及發(fā)熱、噪聲與振動(dòng)品質(zhì)、負(fù)荷承載能力等都可能有所差異，在該部位應(yīng)用時(shí)所采用的配合與游隙等也可能有所選擇，如這些細(xì)微問題考慮不周，就有可能導(dǎo)致代用后功能達(dá)不到要求，甚至造成軸承以至主機(jī)的故障。例如在某臺(tái)進(jìn)口精密設(shè)備中，主軸采用成對(duì)角接觸球軸承以預(yù)負(fù)荷方式安裝，當(dāng)用對(duì)應(yīng)型號(hào)的國(guó)產(chǎn)軸承代用時(shí)，發(fā)現(xiàn)開機(jī)后不久軸承即由于燒傷而損壞，后經(jīng)扇形段軸承專業(yè)人員檢驗(yàn)分析，認(rèn)為國(guó)產(chǎn)軸承在結(jié)構(gòu)先進(jìn)性和制造精度方面都與進(jìn)口設(shè)備原裝軸承相當(dāng)，只是原裝軸承在成套后采取了磨合運(yùn)轉(zhuǎn)處理，因此摩擦溫升較小，在以預(yù)負(fù)荷方式安裝于主機(jī)后，軸承處于微小負(fù)游隙狀態(tài)而可能獲得最佳壽命和較好的剛性，由于摩擦溫升小，開機(jī)后軸承溫度在達(dá)到平衡后仍能維持此微小負(fù)游隙至合理程度，保證主機(jī)在最佳狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于國(guó)產(chǎn)軸承的摩擦溫升較高，主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后因溫升而使軸承負(fù)游隙增大，從而加劇了溫升，軸承溫度不能達(dá)到平衡而持續(xù)上升，使軸承負(fù)游隙持續(xù)增大，以致軸承因燒傷或卡死而失效。針對(duì)這一情況并采取相應(yīng)措施后，軸承代用問題獲得成功。此外，當(dāng)進(jìn)口機(jī)器中的原裝軸承品種較特殊，而且無備用扇形段時(shí)，尤其需要及早考慮代用問題，萬勿在軸承使用至破碎，甚至型號(hào)都無法辨認(rèn)時(shí)才向扇形段軸承專業(yè)部門咨詢，這樣會(huì)造成很大的困難。

結(jié)束語

基于滑動(dòng)軸承的工作狀況和安鋼第二煉軋廠扇形段軸承使用壽命的分析，考慮采用動(dòng)壓扇形段軸承是否可行，以此保證扇形段軸承的良好潤(rùn)滑狀態(tài)。

軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在扇形段軸承外圈徑向設(shè)計(jì)一個(gè)進(jìn)油的潤(rùn)滑油孔，外部與軸承座油孔相通，內(nèi)側(cè)通入外圈內(nèi)表面即可，其他結(jié)構(gòu)借鑒密封軸承的設(shè)計(jì)原理，以提高密封效果增加壓力油使用率為目的。

壓力油來源。與設(shè)備潤(rùn)滑系統(tǒng)使用同一供油系統(tǒng)，當(dāng)潤(rùn)滑系統(tǒng)供油壓力較低時(shí)，可采用適當(dāng)方法進(jìn)行改進(jìn)，如提高泵供壓力或采用增壓缸，具體采取哪種方法需認(rèn)真核算成本。

油路循環(huán)。從軸承外圈徑向開一個(gè)潤(rùn)滑進(jìn)油孔，通入扇形段軸承外圈內(nèi)表面，依靠油壓進(jìn)入摩擦部位，回路油液與其他潤(rùn)滑油一起流回油箱，當(dāng)然該進(jìn)油孔必須與軸承座上的潤(rùn)滑油孔相對(duì)應(yīng)。