卷取機下夾送輥傳動側(cè)軸承損壞事故分析

佟華君，朱劍輝

（寧波鋼鐵有限公司，浙江寧波 315807）

0 事故現(xiàn)象

0.1 A次事故2#下夾送輥傳動側(cè)軸承事故現(xiàn)象

事故時未發(fā)現(xiàn)軸承座有較大溫度升高現(xiàn)象（無冒煙現(xiàn)象），在發(fā)生事故前，電機電流未發(fā)現(xiàn)明顯異常，事故時電機電流明顯提升。下機檢查，發(fā)現(xiàn)傳動側(cè)軸承卡阻，操作側(cè)正常。從拆開的傳動側(cè)蓋板可以看到油脂較為充沛，無變色（圖 1）。

進一步拆卸軸套露出軸承后，發(fā)現(xiàn)軸承已完全損壞，保持架斷裂、部分滾動體碎裂，靠傳動側(cè)外圈下半部分?jǐn)嗔逊煮w，靠操作側(cè)外圈有貫穿裂縫（圖2）。

內(nèi)滾動面嚴(yán)重剝落（圖3），損壞軸承型號24140CC/W33 SKF（標(biāo)準(zhǔn)游隙）。

A次事故軸承外圈上斷裂標(biāo)記（圖4）。

圖1 A次事故潤滑狀況

圖2 A次事故軸承外圈狀況

圖3 A次事故軸承內(nèi)圈狀況

圖4 A次事故軸承外圈上標(biāo)記

0.2 B次事故1#下夾送輥傳動側(cè)軸承事故現(xiàn)象

下機溫度較高，傳動側(cè)軸承座外部溫度200℃以上，下機檢查發(fā)現(xiàn)傳動側(cè)軸承座卡死，操作側(cè)正常，拆卸端蓋看到大量泥狀物資和一團條狀金屬物（圖 5）。

進一步拆卸下軸承，可以看到整個軸承充滿泥狀物，幾乎沒有間隙，軸承內(nèi)外圈、保持架外形基本完好，靠操作側(cè)內(nèi)圈有犁溝狀掉肉，基本和發(fā)現(xiàn)的條狀金屬物體積吻合。部分滾動體磨出平臺（圖6）。損壞軸承型號24140CAME4C3S11

NSK（C3游隙，S11表示該軸承最高運行溫度為200 ℃）。

1 事故原因分析

1.1 對A次事故可能損傷的原因分析

調(diào)心滾子軸承具備調(diào)心性，及良好的徑向承載能力。但從結(jié)構(gòu)上看，因滾動體的表面凸度與外圈滾道面的曲率半徑不同，所以滾子與外圈滾道面在滾動時會出現(xiàn)的“差動打滑”→在外圈的滾道面容易出現(xiàn)“雙峰狀磨損”→剝落→破裂或斷裂的損傷（圖7）。此類損壞，磨損類型基本為粘著磨損。

從軸承損壞情況看，磨損基本屬于粘著磨損，符合該類型損壞方式的特征，內(nèi)圈、剝落面較深，有疲勞損壞的明顯痕跡。但該軸承使用記錄為8000 h，以往同樣使用時間的軸承均未發(fā)現(xiàn)如此嚴(yán)重的疲勞損壞。據(jù)此分析可能存在2種情況。

（1）夾送輥修復(fù)時未更換新軸承，仍使用舊軸承，導(dǎo)致使用時間過長，發(fā)生嚴(yán)重疲勞磨損導(dǎo)致事故。

（2）軸承裝配問題，導(dǎo)致使用壽命變短。如過盈量過大，溫度上升時失去有效游隙等。

圖5 B次事故軸承座開蓋狀況

圖6 B次事故軸承狀況

圖7 調(diào)心滾子軸承差動打滑導(dǎo)致的磨損特性

對于原因（2），從外圈滾道面磨損痕跡看（靠操作側(cè)未破裂部分），基本可以排除無有效游隙的可能性，原因（1）的可能性較大。該輥操作側(cè)軸承為NSK 24140CAME4C3S11（C3游隙），這種情況與交付給修復(fù)方更換的軸承情況有出入，因夾送輥外出堆焊修復(fù)時，由用戶提供新軸承更換舊軸承，舊軸承隨修復(fù)好的夾送輥一同返回，用戶方每次修復(fù)夾送輥時，同批次均提供的是同樣品牌型號的軸承，而此次出現(xiàn)2種軸承品牌，可能是未更換新軸承。另外該軸承為標(biāo)準(zhǔn)游隙，為設(shè)備制造廠原設(shè)計的游隙，實際使用中，發(fā)現(xiàn)存在運行溫度偏高的情況?，F(xiàn)場實測標(biāo)準(zhǔn)游隙的夾送輥前輥道軸承座溫度和C3游隙的夾送輥軸承座溫度，輥道軸承座溫度比夾送輥軸承座溫度高（20～30）℃。從2014年起，新購NSK軸承均為C3游隙。此次事故后，會同NSK工程師及SKF工程師就用戶目前夾送輥工況條件下相對安全的工作游隙進行計算，一致認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)游隙用在此處偏小，應(yīng)選用C3游隙。另外，從兩端外圈磨損痕跡看，軸承實際存在偏載情況，即存在單向過大的軸向力（圖8），仍需要從設(shè)備上著手分析可能性。

圖8 徑向載荷很不均勻

1.2 對B次事故可能損傷的原因分析

從現(xiàn)象分析，該軸承保持架基本完好、外圈輥道表面無明顯剝落痕跡，存在大量黑色粒狀物質(zhì)。根據(jù)經(jīng)驗，這些黑色粒狀物質(zhì)應(yīng)該是碳化的油脂（無法確定是否含其他雜質(zhì)），油脂碳化至少需要250℃以上的高溫，說明該軸承運行溫度至少達(dá)到了250℃，這已經(jīng)遠(yuǎn)高于該軸承承受溫度的極限（NSK人員介紹該軸承承受的最高溫度為200℃）。產(chǎn)生高溫的原因可能有3個：①潤滑不良，如潤滑不足或過分潤滑，潤滑油質(zhì)量不符合要求、變質(zhì)或有雜物進入。②軸承異常，如軸承異常損壞，造成滾動體卡阻失效。③軸承裝配問題，如與軸配合間隙過大或過小，造成軸承轉(zhuǎn)動失效，滾動摩擦變成滑動摩擦，引起高溫。逐條分析3個原因。

（1）實物狀態(tài)表明不存在缺油可能，但潤滑油脂偏多，雖造成軸承損壞的可能性較低，但會成為軸承運行溫度高的原因之一。異物進入的可能性也存在，軸承座外側(cè)僅采用間隙密封，但徑向間隙較大（2.5 mm）。

（2）軸承異?？赡苄暂^低，因從外觀上可見軸承內(nèi)外滾道面、滾動體、保持架均完整未發(fā)現(xiàn)異常。

（3）軸承是否存在裝配問題。因該軸承軸上的配合面咬合嚴(yán)重，已無法通過直徑測量等方式確定其是否正確。與NSK工程師一同根據(jù)工況條件，理論計算軸承安裝要求的相應(yīng)最小過盈量，得出該軸承內(nèi)圈與軸安裝的配合需要0.027 mm以上的過盈量，才能保證在最大2000 kN徑向力下安全運行。如果過盈量過低，會造成內(nèi)圈打滑、軸承溫度快速上升、潤滑失效使軸承抱死。

經(jīng)上述分析可得出2個軸承損壞的主要原因：①潤滑問題，油脂過多或進入雜質(zhì)，造成軸承高溫運行。②配合過盈量偏小，內(nèi)圈打滑，造成軸承溫度上升抱死。

2 整改及預(yù)防措施

（1）規(guī)范夾送輥軸承的使用，游隙統(tǒng)一使用C3游隙。使用軸承型號：24140CAME4C3S11 NSK。軸承內(nèi)孔配合軸公差帶m6，軸承座內(nèi)孔公差帶H7（此公差配合是根據(jù)用戶方工況，計算出的較為合適的公差范圍）。

（2）對原設(shè)計間隙密封進行修改，密封環(huán)徑向間隙由2.5 mm改小到1 mm（直徑上5 mm改為2 mm）。

（3）有效控制夾送輥裝配環(huán)節(jié)，確保夾送輥按規(guī)范要求裝配、舊軸承得到更換?？梢杂?種方法：①加強對夾送輥修復(fù)廠家裝配過程的控制和檢查。②夾送輥的裝配由用戶自行裝配，現(xiàn)場配備必要的工具和設(shè)備（軸承加熱器、液壓拉馬等），進行必要的人員培訓(xùn)。

（4）規(guī)范夾送輥的給油脂和在線補油作業(yè)，確保潤滑油有效可靠且不會引起溫度升高。

（5）夾送輥在線使用時間達(dá)到4000 h，應(yīng)進行拆卸清洗維護。

要實現(xiàn)不出廠維護，夾送輥應(yīng)具備方便拆卸的條件，而原設(shè)計（圖9）夾送輥傳動側(cè)法蘭配合為過盈配合（H7/P6）且配合長度200 mm，在現(xiàn)場較難拆卸。針對此情況，修改原設(shè)計，采用脹緊套和鍵結(jié)合的方式（圖10），配合改為H7/h6。

圖9 原傳動側(cè)法蘭

圖10 新傳動側(cè)法蘭