高速紙機(jī)烘缸軸承過早失效與優(yōu)化措施

李其升

摘 要：高速紙機(jī)作為紙業(yè)生產(chǎn)的必要設(shè)備，在高質(zhì)量紙質(zhì)品的生產(chǎn)和發(fā)展方面作出了很大貢獻(xiàn)，但速度過快對(duì)設(shè)備也造成了極大的損害，尤其是對(duì)紙機(jī)的主要構(gòu)成部分——烘缸軸承的損害不容忽視。通過對(duì)高速紙機(jī)的分析研究，重點(diǎn)介紹了紙機(jī)烘缸軸承的故障，并提出了解決措施，希望能夠提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：高速紙機(jī)；烘缸軸承；軸承失效；優(yōu)化措施

中圖分類號(hào)：TS734 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.10.090

1 研究對(duì)象及其手段與原理

1.1 研究對(duì)象

以德國(guó)造文化用紙機(jī)為例進(jìn)行分析研究。該高速紙機(jī)是世界上技術(shù)水平最高的造紙?jiān)O(shè)備之一，設(shè)計(jì)車速高達(dá)2 000 m/min，操作車速為1 800 m/min，生產(chǎn)能力可以達(dá)到每天生產(chǎn)高級(jí)紙質(zhì)品3 124 t。

在設(shè)計(jì)該設(shè)備時(shí)，前干燥部共有9組烘缸，每組烘缸數(shù)量不一，烘缸的主要作用是將紙頁烘干，這是完成紙頁生產(chǎn)的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。高速紙機(jī)的烘缸主要包含輥殼、擾流棒、軸承、端蓋等部分，在實(shí)際運(yùn)行中，烘缸依靠軸承座支撐在機(jī)架上。高速紙機(jī)烘缸直徑達(dá)1 800 mm，加之設(shè)備整體機(jī)重高達(dá)25 t，因此對(duì)于軸承的徑向負(fù)荷能力要求比較高。另外，因烘缸的工作環(huán)境比較復(fù)雜，不僅高溫而且潮濕，由熱脹冷縮的原理以及烘缸上干網(wǎng)的軸向波動(dòng)所產(chǎn)生的負(fù)荷可知，軸承還必須擁有較強(qiáng)的軸向負(fù)荷能力。

1.2 研究手段

為保證研究數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠，采用了德國(guó)先進(jìn)的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在波動(dòng)頻率及幅度較大的軸向烘缸軸承上安裝了壓電式加速度傳感器。在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是利用同軸電纜將傳感器收集的電信號(hào)傳輸?shù)街虚g接線箱，再通過中間接線箱的多芯電纜將電信號(hào)傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)接線箱，現(xiàn)場(chǎng)接線箱接到的電信號(hào)數(shù)據(jù)可以通過多路器進(jìn)入到中心控制柜。由于在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)受環(huán)境的影響較大，因此，除了一個(gè)功能強(qiáng)大的多路器之外，自中間接線箱至現(xiàn)場(chǎng)接線箱都沒有其他任何電子器件，所有的數(shù)據(jù)處理幾乎都在機(jī)房的中心控制柜進(jìn)行。

1.3 研究原理

通常來說，烘缸故障主要分為兩類，即缸體故障和軸承故障。眾所周知，高速紙機(jī)的烘缸軸承是調(diào)心滾子軸承，其負(fù)荷能力比較強(qiáng)，軸承的壓力相比較而言較大。軸承常出現(xiàn)的故障主要有磨損、斷裂、疲勞、腐蝕、壓痕和膠合失效等，缸體故障則主要表現(xiàn)為缸體不平衡、缸體表面不均勻磨損等。利用在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備損害的頻率進(jìn)行檢測(cè)，利用油品分析儀和黏度計(jì)等追蹤潤(rùn)滑油等物性指標(biāo)的變化。

2 高速紙機(jī)烘缸軸承失效原因

一般來說，通過在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)到烘缸的受損頻率，及時(shí)掌握烘缸故障并采取有效措施維修檢測(cè)設(shè)備，雖然故障及時(shí)發(fā)現(xiàn)后不會(huì)對(duì)企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)造成損失，但不容忽視的是，設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用非常高，最終會(huì)對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益造成無法挽回的損失。因此，要對(duì)高速紙機(jī)烘缸軸承的過早失效進(jìn)行深入的分析研究，在分析中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

2.1 烘缸軸承狀態(tài)分析

通過對(duì)高速紙機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在大部分紙業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)車間，為保證烘缸前干燥部分設(shè)備的運(yùn)行效率，即使在設(shè)備的停機(jī)狀態(tài)，干燥部分仍然處在高溫環(huán)境中，甚至有的烘缸軸承溫度高達(dá)92.2 ℃。按照實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，軸承的內(nèi)部溫度要高于表面溫度二十幾度，也就是說，烘缸軸承內(nèi)部的溫度會(huì)高達(dá)100 ℃。

2.2 軸承失效原因分析

2.2.1 烘缸軸承的負(fù)荷影響

烘缸軸承不但要承擔(dān)烘缸的重量，而且要每天24 h不停運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，其負(fù)荷壓力相當(dāng)大。在大型企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)行中，設(shè)備一旦運(yùn)轉(zhuǎn)，幾乎是不可能停止的，連續(xù)轉(zhuǎn)的運(yùn)行模式對(duì)烘缸的損害異常明顯。除此之外，烘缸軸承一般屬于密封式設(shè)計(jì)，其維護(hù)保養(yǎng)比較難。

2.2.2 潤(rùn)滑油的影響

潤(rùn)滑油在設(shè)備的運(yùn)行中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，對(duì)于降低設(shè)備磨損，保持設(shè)備的良好運(yùn)行意義重大。但是，質(zhì)量低劣的潤(rùn)滑油對(duì)烘缸軸承的損害作用也很明顯，如果潤(rùn)滑油中含有水分，就會(huì)出現(xiàn)添加劑析出和催化油氧化的情況，致使?jié)櫥湍て屏?、變薄，不能很好地保護(hù)軸承的金屬表面，使軸承內(nèi)外圈滾動(dòng)體金屬表面直接接觸加速軸承表面，增大損耗，造成疲勞失效、腐蝕失效。除此之外，雜質(zhì)多的潤(rùn)滑油還會(huì)淤塞軸承部件，導(dǎo)致軸承無法運(yùn)行，甚至有的潤(rùn)滑油會(huì)引起設(shè)備顆粒污染，進(jìn)而損害軸承。

2.2.3 工作環(huán)境的影響

烘缸的主要作用是烘干紙頁中的水分，達(dá)到干燥的目的，溫度越高，紙頁干燥的速度越快，從紙頁中蒸發(fā)的水分越多，環(huán)境也就越發(fā)潮濕。因此，高速紙機(jī)的效率越高，烘缸軸承所處的環(huán)境溫度也就越高，環(huán)境也越潮濕，這樣的環(huán)境對(duì)設(shè)備的損害較大。企業(yè)為提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量與速度，大力提高烘缸的溫度，加快干燥速度，而烘缸軸承因?yàn)闊崦浝淇s的原理，使得軸承游隙變大，高溫使?jié)櫥宛ざ茸兊?，油膜變薄，加大了設(shè)備的損耗程度，大大縮短了烘缸軸承的使用壽命。

3 高速紙機(jī)烘缸軸承失效優(yōu)化措施

高速紙機(jī)在運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障問題，尤其是負(fù)荷壓力較高的軸承部位，經(jīng)常出現(xiàn)疲勞失效、腐蝕失效、斷裂失效等情況。通過分析烘缸軸承過早失效的一系列原因，提出科學(xué)可行的解決措施，不僅可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，還可以大大提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 針對(duì)環(huán)境原因的對(duì)策

部分企業(yè)一味追求高產(chǎn)量，不斷改變?cè)O(shè)備的使用環(huán)境，即不斷增加溫度，加速烘缸的干燥效率，這樣會(huì)大大縮短設(shè)備的使用壽命。高溫、潮濕的環(huán)境會(huì)造成設(shè)備的侵蝕、腐蝕，同時(shí)，熱脹冷縮會(huì)導(dǎo)致烘缸內(nèi)外圈錯(cuò)位變大、軸承內(nèi)外圈間隙縮小，從而使得潤(rùn)滑油膜變薄，起不到保護(hù)的作用。針對(duì)這一情況，要將軸承外圈的頂環(huán)去除，然后在軸承內(nèi)圈加一個(gè)與外圈頂環(huán)尺寸一樣厚的墊片。至于該尺寸的大小，則取決于熱脹冷縮時(shí)烘缸軸承軸向變化的間隙，一般備用的墊片尺寸為1～6 mm。除此之外，外部環(huán)境的震動(dòng)也會(huì)對(duì)設(shè)備造成振蝕。針對(duì)這種情況，要對(duì)設(shè)備各部分進(jìn)行分離或加隔震墊。

3.2 針對(duì)潤(rùn)滑油原因的對(duì)策

潤(rùn)滑油對(duì)設(shè)備的保護(hù)作用不言而喻，通過改善潤(rùn)滑油的使用及其質(zhì)量品質(zhì)，可以延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，具體措施主要有：①及時(shí)清理軸承油槽排污口，定期檢查清潔，降低膠合失效的概率；②在軸承上安裝油水分離器，以加速潤(rùn)滑油脫水，減少水分超標(biāo)造成的軸承腐蝕失效；③在對(duì)設(shè)備進(jìn)行潤(rùn)滑油保養(yǎng)之前，可以采取科學(xué)的措施降低潤(rùn)滑油中的水分含量，比如可以采用過濾小車對(duì)其真空脫水；④定時(shí)定點(diǎn)檢查清潔烘缸軸承的分配閥，以降低設(shè)備污染導(dǎo)致的侵蝕失效概率；⑤定期清洗更換油槽呼吸器濾芯，在維修保養(yǎng)時(shí)要加強(qiáng)密封工作。

3.3 針對(duì)負(fù)荷原因的對(duì)策

高速紙機(jī)本身質(zhì)量高達(dá)二十幾噸，再加上每天生產(chǎn)上千噸產(chǎn)品，可想而知，烘缸軸承會(huì)承擔(dān)多大的負(fù)荷。過度使用烘缸軸承無疑會(huì)加速設(shè)備的老化，導(dǎo)致疲勞失效。為解決因負(fù)荷問題造成的過早失效故障，可采取以下措施：①及時(shí)檢修設(shè)備，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備損害，就及時(shí)更換烘缸軸承配件，或者盡量使用高質(zhì)量、耐磨損的軸承及配件。②設(shè)備在使用中如果突然過載，會(huì)對(duì)設(shè)備造成無法挽回的損害，因此，在使用中要及時(shí)檢修，盡量避免疲勞點(diǎn)蝕情況的出現(xiàn)。一旦出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕，要及時(shí)制訂維修計(jì)劃，保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 結(jié)束語

科技的不斷發(fā)展使得高速紙機(jī)在各大紙業(yè)企業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，高速紙機(jī)在帶來高產(chǎn)量、高質(zhì)量的同時(shí)，其自身的損耗問題也不容忽視。高速紙機(jī)軸承因負(fù)荷壓力較大，加之處于高溫、潮濕的環(huán)境，故障問題時(shí)有發(fā)生，為保證高速紙機(jī)的正常運(yùn)行，延長(zhǎng)軸承使用壽命，必須深入分析失效原因，加強(qiáng)優(yōu)化措施，以提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]張曉茹.現(xiàn)代造紙機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2014.

[2]王世雄.大直徑高負(fù)荷紙機(jī)軟壓光輥軸承故障特征[J].中國(guó)造紙學(xué)報(bào)，2014，9（13）：67-73.

〔編輯：王霞〕