滌綸紡絲熱牽伸輥軸承損壞原因及解決措施

郭怡

(河南工程學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，鄭州 451191)

1 滌綸紡絲工藝簡(jiǎn)介

目前，滌綸工業(yè)原絲生產(chǎn)中主要采用熔體紡絲技術(shù)[1]。其主要生產(chǎn)過程為：檢驗(yàn)合格的聚酯切片由振動(dòng)篩分選出顆粒均勻的切片送入料倉(cāng)內(nèi)，經(jīng)抽真空由羅茨風(fēng)機(jī)用氮?dú)鈱⑶衅腿雰?chǔ)槽內(nèi)，靠重力讓儲(chǔ)槽內(nèi)切片落入干燥塔，經(jīng)過干燥落到儲(chǔ)槽內(nèi)，經(jīng)化驗(yàn)達(dá)標(biāo)后，由羅茨風(fēng)機(jī)用氮?dú)馑腿雰?chǔ)槽內(nèi)，再送入螺桿擠壓機(jī)。擠壓機(jī)壓力根據(jù)原料的特征黏度、選定的溫度以及產(chǎn)品的規(guī)格來確定。經(jīng)螺桿擠壓機(jī)擠壓出的熔體進(jìn)入紡絲箱，經(jīng)計(jì)量泵精確計(jì)量后分配到紡絲組件，生產(chǎn)出原絲，經(jīng)過側(cè)吹風(fēng)裝置進(jìn)行冷卻，上油后在3對(duì)牽伸輥上進(jìn)行牽伸，最后由卷繞機(jī)卷繞成形。生產(chǎn)工藝流程[2]如圖1所示。

1—紡絲組件；2—側(cè)吹風(fēng)裝置；3—上油器；4—熱牽伸輥；5—卷繞機(jī)

2 熱牽伸輥工作原理

熱牽伸輥是滌綸工業(yè)原絲生產(chǎn)的重要設(shè)備。每錠熱牽伸輥有3對(duì)5組，完成對(duì)滌綸工業(yè)原絲的張緊、牽伸、定型，使原絲具有斷裂強(qiáng)度高、斷裂伸長(zhǎng)小、尺寸穩(wěn)定性好、耐濕熱和耐磨性好等優(yōu)良性能[1]。

熱牽伸輥工作時(shí)因?yàn)闋可鞆埩?動(dòng)載荷)、轉(zhuǎn)速、環(huán)境溫度等條件特殊，故為其配套的軸承應(yīng)滿足高溫、高速和耐腐蝕等苛刻要求。文中熱牽伸輥選用進(jìn)口的TS2-6010L1CC3P5型單列深溝球軸承，為化纖設(shè)備專用軸承，球面溝道，承受徑向載荷。該軸承內(nèi)徑為50 mm，外徑80 mm，寬度16 mm，質(zhì)量0.25 kg，裝有黃銅實(shí)體保持架；軸承材料為全淬透型GCr15高碳鉻軸承鋼；軸承徑向游隙大于標(biāo)準(zhǔn)游隙；公差等級(jí)符合ISO規(guī)定的5級(jí)。

實(shí)際生產(chǎn)中，每錠有3對(duì)熱牽伸輥，分別簡(jiǎn)稱為1G，2G，3G。根據(jù)工藝要求1G采用單段加熱，用1個(gè)加熱器和1個(gè)Pt100鉑電阻熱傳感器，加熱介質(zhì)為水；2G，3G采用雙段加熱，有2個(gè)加熱器和2個(gè)Pt100鉑電阻熱傳感器，加熱介質(zhì)為水蒸氣。生產(chǎn)工藝設(shè)定：1G溫度為65 ℃；2G，3G的一、二段溫度均為196 ℃；轉(zhuǎn)速1G為600 r/min, 2G為2 350 r/min, 3G為3 000 r/min。

熱牽伸輥主要由熱輥電動(dòng)機(jī)、導(dǎo)絲盤、加熱器和溫度控制系統(tǒng)組成。熱輥電動(dòng)機(jī)提供牽伸所需的動(dòng)力；導(dǎo)絲盤作為熱載體對(duì)絲束進(jìn)行牽伸；加熱器提供牽伸所需的溫度；溫控系統(tǒng)控制各區(qū)的溫度，由溫度旋轉(zhuǎn)變送器、溫度傳感器等構(gòu)成。

熱牽伸輥的雙層感應(yīng)加熱系統(tǒng)是在每個(gè)區(qū)的相應(yīng)位置放置溫度傳感器，溫度旋轉(zhuǎn)變送器把每個(gè)區(qū)的溫度信號(hào)分時(shí)送入溫度控制系統(tǒng)，以控制每個(gè)區(qū)感應(yīng)加熱線圈電流的通斷時(shí)間比例，達(dá)到恒溫控制的目的。

將Pt100鉑電阻熱傳感器置于旋轉(zhuǎn)羅拉內(nèi)層附近，以確保在溫度超出設(shè)定限值時(shí)關(guān)閉羅拉加熱系統(tǒng)。

3 熱牽伸輥常見故障

由于受環(huán)境溫度、轉(zhuǎn)速、牽伸張力等作用，熱牽伸輥工作中出現(xiàn)的常見故障有[4]：(1)溫度控制系統(tǒng)故障；(2)電動(dòng)機(jī)振動(dòng)、異常聲及溫度過高；(3)加熱器故障；(4)導(dǎo)絲盤粗糙度不均勻等。

溫控系統(tǒng)故障通常包括通信故障、旋變故障、鉑電阻短路等。

電動(dòng)機(jī)振動(dòng)、異常聲產(chǎn)生的原因有機(jī)械摩擦(包括定子、轉(zhuǎn)子摩擦)、軸承缺油或損壞、轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不好、潤(rùn)滑油中有雜質(zhì)等；電動(dòng)機(jī)溫度過高的原因有溫度控制異常、軸承缺油及通風(fēng)不良等。

加熱器故障有加熱器線圈短路、斷路，嚴(yán)重時(shí)可造成區(qū)段跳閘。

導(dǎo)絲盤粗糙度不均勻?qū)?yán)重影響到絲束的牽伸、定型及成品絲的質(zhì)量。

某年各季度熱牽伸輥故障的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 熱牽伸輥故障統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

由表1數(shù)據(jù)可以看出，每種原因?qū)е碌臒釥可燧伖收细怕什町惡艽?，其中軸承故障最多，占總量的59.3%，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的連續(xù)性。

4 軸承故障原因及改善

熱牽伸輥軸承工作在高溫、高速及變張力的環(huán)境下，有效保證軸承的潤(rùn)滑、散熱通風(fēng)和溫升等，才可能避免軸承出現(xiàn)故障。

4.1 潤(rùn)滑油質(zhì)量的影響

針對(duì)熱牽伸輥軸承的特殊工況，一般應(yīng)選用進(jìn)口的68#抗磨液壓油潤(rùn)滑軸承。給油量應(yīng)根據(jù)軸承結(jié)構(gòu)、間隙和轉(zhuǎn)速確定，通常每個(gè)熱牽伸輥用油量為1 mL/h，分絲輥用油量為0.6 mL/h。

另外，軸承故障與潤(rùn)滑油的清潔度密切相關(guān)，理論上允許的過濾精度為5 μm，同時(shí)應(yīng)保證潤(rùn)滑管路及連接件的清潔。

4.2 潤(rùn)滑的影響

熱牽伸輥軸承采用油霧潤(rùn)滑[3]。潤(rùn)滑油霧為極小的油滴，在長(zhǎng)距離的輸送管中不會(huì)產(chǎn)生沉淀，可連續(xù)吹到潤(rùn)滑部位，使?jié)櫥娌粩嘈纬尚碌挠湍?，黏附的油滴相互結(jié)合并被吸附在運(yùn)動(dòng)副表面。其優(yōu)點(diǎn)是新油膜形成迅速，散熱快，避免潤(rùn)滑油被多次擠壓和剪切發(fā)生裂解而產(chǎn)生腐蝕運(yùn)動(dòng)副的有害雜質(zhì)，且油完全用于潤(rùn)滑，避免浪費(fèi)和污染環(huán)境。

油霧潤(rùn)滑輸送管為橡膠軟管，管路較長(zhǎng)極易彎曲，尤其在現(xiàn)場(chǎng)比較狹窄、昏暗、多個(gè)管路相互交叉纏繞的環(huán)境中容易出現(xiàn)彎曲、折疊，從而可能導(dǎo)致潤(rùn)滑油霧堆積，使熱牽伸輥軸承得不到及時(shí)充分潤(rùn)滑。油霧潤(rùn)滑裝置適應(yīng)的環(huán)境溫度為5～40 ℃，空氣壓力為0.2 MPa，如夏季環(huán)境溫度超過40 ℃時(shí)，油霧潤(rùn)滑裝置不能正常工作，加上空氣壓力的波動(dòng)，均會(huì)導(dǎo)致軸承潤(rùn)滑不良。

圖2、圖3所示為GR MOTOR公司TS2-6010L1CC3P5軸承的損傷情況，因潤(rùn)滑不良，軸承與轉(zhuǎn)子燒結(jié)在一起。圖4所示為高溫導(dǎo)致的牽伸輥軸承零件的損壞情況，圖5、圖6所示為對(duì)損壞凸臺(tái)進(jìn)行噴涂處理。

圖2 潤(rùn)滑不良導(dǎo)致的牽伸輥軸承損壞

圖3 軸承定位凸臺(tái)磨損(約1 mm)

圖4 損壞的熱牽伸輥軸承零件

圖5 損壞軸定位凸臺(tái)的噴涂處理

圖6 磨損凸臺(tái)的電鍍噴涂處理

改進(jìn)措施如下：

(1)增加空調(diào)設(shè)施，控制油霧潤(rùn)滑裝置的環(huán)境溫度不超過規(guī)定值；

(2)控制油霧潤(rùn)滑裝置壓縮空氣的進(jìn)口壓力，避免壓力波動(dòng)；

(3)定期檢查，及時(shí)更換問題油路，避免油路積油，保持管路通暢，實(shí)現(xiàn)有效潤(rùn)滑。

4.3 電動(dòng)機(jī)散熱不暢

電動(dòng)機(jī)提供熱牽伸輥牽伸所需要的動(dòng)力[4]，對(duì)環(huán)境的溫、濕度有一定要求。若散熱通風(fēng)條件不佳，會(huì)在電動(dòng)機(jī)周圍形成高溫場(chǎng)，使電動(dòng)機(jī)發(fā)熱量迅速增加，工況條件急劇變差，工作性能下降而最終燒損。圖7所示為散熱通風(fēng)不暢所致的電動(dòng)機(jī)故障。

圖7 散熱不暢所致的電動(dòng)機(jī)故障

改善措施為：(1)控制現(xiàn)場(chǎng)的溫、濕度；(2)及時(shí)清除電動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇的積油、積塵。

4.4 溫控不良

熱牽伸輥加熱器提供牽伸所需的溫度。由于溫度控制不良，加熱器線圈短路或斷路等都會(huì)造成熱牽伸輥軸承溫度異常。

定期檢查Pt100鉑電阻熱傳感器，保證其工作狀態(tài)正常；保證良好的散熱，避免加熱器線圈出現(xiàn)短路、斷路的故障。

5 結(jié)束語

通過采取相應(yīng)措施后，熱牽伸輥及其軸承的故障率均大大降低，取得了預(yù)期的效果。

滌綸工業(yè)原絲在生產(chǎn)過程中，由于熱牽伸輥軸承是在高溫、高速、變張力的環(huán)境下工作，軸承只有得到良好的潤(rùn)滑、及時(shí)的散熱通風(fēng)、必要的溫升控制才能避免故障的發(fā)生。軸承損壞既有技術(shù)的原因也有管理上的原因，通過提高技術(shù)水平、加強(qiáng)設(shè)備管理，才能有效避免軸承故障的再發(fā)生。