單點智能潤滑減少電機(jī)軸承故障的應(yīng)用分析

高 飛，張衛(wèi)寧，肖 楠

（1.中核電機(jī)運行技術(shù)有限公司，北京 100040；2.北京卓眾出版有限公司，北京 100083）

0 引言

設(shè)備潤滑引起的設(shè)備故障可占設(shè)備各類機(jī)械故障的70%以上，電機(jī)因為潤滑不當(dāng)造成的軸承損壞更為常見，究其原因，一方面是設(shè)備管理人員對潤滑的重視程度不夠，另一方面是缺乏相應(yīng)的知識和解決手段。圖1 是根據(jù)SKF 軸承提供的軸承失效原因。脂潤滑電機(jī)軸承的損壞很多情況下是因為潤滑不良造成的，但是加脂過度導(dǎo)致的密封失效和軸承燒毀也經(jīng)常出現(xiàn)。一般的軸承潤滑故障及原因如下。

（1）軸承過熱。原因：①潤滑脂型號選用錯誤：②潤滑不良或過分潤滑；③潤滑脂內(nèi)含有雜質(zhì)：④負(fù)載過大；⑤軸承間隙不足及油封產(chǎn)生的高摩擦損壞等；

（2）軸承噪聲。原因：①潤滑脂型號選用錯誤；②不適當(dāng)?shù)臐櫥虎圯S承箱內(nèi)潤滑脂不足；④不適當(dāng)?shù)妮S承間隙：⑤水、酸、油漆或其他腐蝕雜質(zhì)污染物進(jìn)入軸承箱；

（3）軸承振動。原因：①砂粒、碳粉或其他污染物進(jìn)入軸承箱；②水、酸、油漆或其他腐蝕雜質(zhì)污染物進(jìn)入軸承箱。

圖1 SKF 軸承提供的軸承失效原因

1 電機(jī)軸承潤滑常見故障及原因分析

電機(jī)軸承人工加脂造成的過度潤滑軸承損壞的現(xiàn)象比較常見，圖2 是加脂過多造成電機(jī)軸承損壞的實物照片。

產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因有：①部分電機(jī)廠家推薦的補脂周期和補脂量不合理，沒有考慮到電機(jī)的實際工況；②部分電機(jī)廠家設(shè)計不合理，沒有排油口，多加的潤滑脂無法排出；③人工加脂不科學(xué)，無法定量，寧多不少。

圖2 電機(jī)軸承損壞

（1）潤滑脂加入過量會造成軸承損壞的原因。①過量的潤滑脂使?jié)L動體摩擦轉(zhuǎn)矩增大，同時阻力也增加，所以軸承會高溫。②有些潤滑脂溝渠性不好，形成的輪廓容易塌陷，所以潤滑脂被滾動體攪拌造成軸承溫度升高。③當(dāng)電機(jī)高速運轉(zhuǎn)時，因為離心力作用多余的潤滑脂會被甩出形成很高的背壓，破壞密封，所以當(dāng)運行一段時間后軸承會處于缺油狀態(tài)，造成潤滑不良，導(dǎo)致軸承損壞。

（2）因潤滑不良造成軸承損壞的主要原因。①因為高溫、潮濕、污染等原因造成的潤滑脂提前劣化變質(zhì)，沒有及時補充新的潤滑脂；②潤滑脂損耗后，沒有新脂補充；③密封失效，潤滑脂流失，因為沒到補脂周期沒有人工加脂；④個別潤滑點被人工漏加；⑤個別潤滑點位置特殊，如高空、高溫、狹窄空間，等等，因為人工加脂不方便無法人工加脂。

2 潤滑周期和補脂量的計算

對于使用潤滑脂潤滑的軸承來說，潤滑脂的填充量、補脂量、補脂周期和更換周期是有要求的，可以參考以下內(nèi)容。

一般潤滑脂的充填量可根據(jù)軸承脂潤滑時的容許極限轉(zhuǎn)速n1 和軸承實際工作轉(zhuǎn)速n 的比值和滾動軸承內(nèi)部自由空間V 的計算公式確定。

x≤1.25，軸承內(nèi)潤滑脂充填量應(yīng)占軸承內(nèi)部自由空間的1/3；1.25＜x≤1.5，軸承內(nèi)潤滑脂充填量應(yīng)占軸承內(nèi)部自由空間的1/3～2/3；x＞1.5，軸承內(nèi)潤滑脂充填量應(yīng)占軸承內(nèi)部自由空間的$（）以上。

式中 V——滾動軸承內(nèi)部自由空間，m3

G——滾動軸承自重，kg

KV——滾動軸承空間系數(shù)，見表1

表1 滾動軸承空間系數(shù)

軸承座內(nèi)的自由空間也應(yīng)充填一定的潤滑脂，以保 證軸承的內(nèi)部有適宜的潤滑脂量。根據(jù)經(jīng)驗，以填滿軸承和軸承座內(nèi)自由空間的1/3～1/2 為宜：高速（接近極限轉(zhuǎn)速）時，應(yīng)僅充填到1/3 或更少些；轉(zhuǎn)速很低，而且對密封要求嚴(yán)格的情況下，可以充滿整個空間。潤滑脂在使用的過程中，由于潤滑脂的老化、蒸發(fā)、流失等原因，有必要 在潤滑過程中對軸承部位補充新的潤滑脂；同時由于補充的新脂可以把舊潤滑脂從密封 間隙中劑出，有利于防止外界污物的入侵。潤滑脂的補給量及補給周期的確定要綜合考慮滾動軸承的潤滑因素、密封作用、安裝方式、溫度、環(huán)境和潤滑脂的質(zhì)量等多種因素。一般潤滑脂補充周期為其壽命的1/3，每次補充量可按下式計算，G=0.005DB，其中，G 為潤滑脂補充量，g，D 為軸承外徑，mm，B 為軸承寬度，mm。如果潤滑脂補充周期為一周至一年時，用油槍進(jìn)行人工加注潤滑脂，潤滑脂的補充量可按下式計算，Q=KtDB，其中Kt為時間系數(shù)，潤滑補給周期是周時，Kt=0.02；潤滑補給周期是月時Kt=0.03；潤滑補給周期是年時，Kt=0.04，D 為軸承外徑，mm，B 為軸承寬度，mm。

對于需要連續(xù)補充新脂的潤滑方式，使用智能潤滑進(jìn)行加注潤滑脂，其潤滑脂的補充量可由下式確定。

式中 Q——潤滑脂單位時間的補充量，kg/h

B——軸承寬度，mm

D——軸承外徑，mm

d——軸承內(nèi)徑，mm

G——軸承重量，kg

根據(jù)周期（單位：h）和計算出的補脂量可以基本準(zhǔn)確的計算出該裝置的計量頻率，這樣當(dāng)軸承運轉(zhuǎn)消耗潤滑脂達(dá)到固定的容量時新的潤滑脂定時定量的補充進(jìn)去，保證新的潤滑脂參與潤滑，同時安裝時也解決了密封問題。在現(xiàn)場確定補脂周期時還要考慮電機(jī)的安裝方式，軸承溫度，空氣濕度，粉塵，油脂性能等因素。

潤滑脂也不能無限期地長久使用，經(jīng)過一定時間后，由于基礎(chǔ)油的氧化和蒸發(fā)，皂基結(jié)構(gòu)的破壞和硬化，使其潤滑性能降低，特別是高溫條件下，潤滑性能下降更快。因 此，應(yīng)在潤滑脂喪失潤滑性能前及時更換新潤滑脂。一般潤滑脂的更換周期可以通過潤 滑脂的使用壽命和軸承潤滑情況、安裝方式、轉(zhuǎn)速及使用環(huán)境確定。潤滑脂的使用壽命可以參考以下經(jīng)驗公式進(jìn)行計算，T=f1f2f3f4f5tf，其中，T——潤滑脂的更換周期，h；f1為污染及潮濕條件系數(shù)；f2為負(fù)荷的振動程度系數(shù)；f3為溫度系數(shù)；f4為負(fù)荷大小系數(shù)；f5為通過軸承的空氣流量系數(shù)；tf為潤滑脂更換周期理論值。注：各參數(shù)可以通過查閱相關(guān)資料獲取，本文篇幅有限不另外注明。

3 單點智能注脂器結(jié)構(gòu)特點

解決潤滑不良和過度潤滑的理想途徑是科學(xué)潤滑，按照軸承潤滑的實際需要實現(xiàn)自動潤滑。根據(jù)軸承的尺寸、運轉(zhuǎn)速度、載荷和環(huán)境溫度、濕度、粉塵情況合理選用潤滑脂和潤滑方式。使用潤滑脂的電機(jī)一般不建議使用集中潤滑，主要原因是：電機(jī)潤滑屬于精確潤滑，用脂量較小，集中潤滑一般適用于用脂量較大的場合；一般電機(jī)只有兩個潤滑點，分布不規(guī)律，電機(jī)集中在某一區(qū)域數(shù)量大的場合不多，使用集中潤滑性價比不高；集中潤滑需要鋪設(shè)管線，每臺電機(jī)上兩個潤滑點菩薩管線不便施工和現(xiàn)場管理。所以單點智能注脂器就是解決電機(jī)軸承潤滑不良和過度潤滑的比較理想的選擇。

該裝置主要由微型電機(jī)、泵、控制器、電源、油囊、固定裝置和外殼等部分組成。根據(jù)微處理器中存儲的時間運行小型減速電機(jī)，帶動位于泵內(nèi)部的渦輪，通過立式活塞的往復(fù)運動吸入、噴出容器內(nèi)潤滑脂。該裝置含有一個垂直的給料泵、電機(jī)/齒輪組和微處理器控制系統(tǒng)，允許高壓工作?？稍O(shè)定6 個劑量頻率：1，2，3，6 和12 個月以及半個月。易讀的液晶顯示器為設(shè)定操作和狀態(tài)監(jiān)測提供了所有必要的信息。潤滑脂袋和電池組可根據(jù)專用潤滑脂更換，該保證潤滑部位可按需得到潤滑脂，保證潤滑質(zhì)量。

根據(jù)芯片的指示，活塞上部的曲軸開始向上運動，將油脂吸入泵體，當(dāng)?shù)竭_(dá)底部后，活塞內(nèi)小油孔打開，油脂進(jìn)入活塞下部，此時活塞開始向上運動，油脂全部被擠入下部腔體，當(dāng)活塞繼續(xù)運行時，下部腔體中的潤滑脂被擠壓出到達(dá)輸油管。當(dāng)輸油管堵塞時，背壓增大，通過壓力傳感器將背壓信號反饋給芯片，芯片會指示電機(jī)增加扭矩，是活塞運行壓力增大，起到疏通油管的作用；如果疏通不成功，表示油路堵死，背壓保護(hù)打開，芯片報警功能開啟，電機(jī)和連桿曲軸等不再工作，報警指示燈閃爍。

4 單點智能注脂器性能特點及優(yōu)勢分析

由于其采用機(jī)電驅(qū)動齒輪組推進(jìn)活塞注脂，所以壓力比較大，正常工作壓力為20 kgf/cm2，當(dāng)有阻力時疏通壓力可以達(dá)到（50～60）kgf/cm2；配備有微處理控制系統(tǒng)（智能芯片），可智能自動地向軸承供脂，具有顯示和記憶、報警和止噴、自動鎖定和自動疏通、強噴和自噴功能。配備油脂囊，設(shè)備可重復(fù)使用；潤滑周期可以自由設(shè)定；同步地監(jiān)控空杯、低電量、以及軸承內(nèi)部的反饋壓力，維 持在最低的平衡壓力下自動潤滑，具有自檢和報警功能；可配（3～5）m 管路，滿足高溫、強振動和危險環(huán)境下的潤滑需要。

由于其設(shè)計科學(xué)，每次供脂量準(zhǔn)確可靠，所以解決了手工加脂無法定量的問題，由于它基本實現(xiàn)了軸承消耗多少潤滑脂隨時補充新的潤滑脂進(jìn)去，保證軸承一直有科學(xué)的潤滑脂的存量也保證有新的潤滑脂使用，這樣杜絕了手動潤滑的極端情況——加脂時過度潤滑缺脂時潤滑不良，使軸承一直處于理想的潤滑狀態(tài)，圖3 直觀表示出兩種加脂方法與潤滑狀態(tài)之間的聯(lián)系。

圖3 兩種加脂方法與潤滑狀態(tài)之間的聯(lián)系

筆者曾在一臺電機(jī)上做過實驗，采用手動加脂時的軸承溫度平均值為75 ℃，采用智能注脂器后的軸承平均溫度為72 ℃；軸承的壽命由平均150 00 h 延長為300 00 h。圖4 是采用智能潤滑前后軸承振動值圖表，從圖中可以看出采用智能潤滑后軸承的振動值改善了很多。

圖4 采用智能潤滑前后軸承振動值圖表

5 使用注意事項

安裝時可以直接連接到潤滑油嘴也可以遠(yuǎn)距離安裝滿足高溫、強振動和危險環(huán)境下的潤滑需要，甚至可以多點安裝，如圖5 所示。由于其內(nèi)部有電動泵，使用時需要注意：避免有氣體進(jìn)入油囊和泵體中。冬天北方地區(qū)盡量不要使用3#脂，防止油脂變硬。遠(yuǎn)距離安裝單點距離不要超過7 m，多點安裝距離不要超過5 m。安裝前做好軸承腔體的清理和加滿新脂的工作。避免不同品牌的油脂混用。注意定期巡檢查找報警原因。

6 推廣價值與使用效益分析

使用智能潤滑能夠解決人工潤滑所造成的電機(jī)故障，具體體現(xiàn)在以下4 方面。

圖5 安裝

（1）徹底解決因為人工價值過多造成的軸承溫升問題和轉(zhuǎn)子燒毀現(xiàn)象，也解決了因為超量潤滑脂造成的密封損壞的情況；

（2）避免了人工價值不及時造成的軸承潤滑不良現(xiàn)象，有些電機(jī)因為使用場合問題不方便人工加油，造成潤滑不良，智能注脂不受場合限制，可以通過遠(yuǎn)距離安裝解決加注不方便的問題；

（3）避免人工漏加造成的電機(jī)軸承潤滑不良的現(xiàn)象，人工加脂會因為各種原因造成漏加偽加，智能加脂能夠避免此類現(xiàn)象；

（4）解決了人工加脂造成潤滑脂被污染的現(xiàn)象，人工加脂過程中因為操作過程中容易有雜質(zhì)和水分進(jìn)入潤滑脂造成污染，個別黃油嘴損壞或者缺失會造成空氣中的粉塵和水份直接進(jìn)入軸承，造成軸承磨損，智能潤滑能夠杜絕此類現(xiàn)象。

這項技術(shù)具有較大的推廣價值，對于企業(yè)的設(shè)備管理人員來說有以下意義：降低設(shè)備維護(hù)費用和相應(yīng)的人力成本；降低軸承的更換費用和軸承的成本；減少設(shè)備的故障時間和意外停機(jī)損失；保證生產(chǎn)的連續(xù)性；實現(xiàn)科學(xué)潤滑，減少潤滑脂的使用量。智能潤滑比較適用于以下場合：空間狹窄，人工加脂不方便；頻繁發(fā)生高差壓黃油槍無法使用；巨大振動或受灰塵、水汽、粉塵等污染后嚴(yán)重磨損軸承；需常注油，但不易注油的環(huán)境；停機(jī)后才能注油的場合。

此項技術(shù)應(yīng)用范圍可以應(yīng)用在需要注脂的所有工業(yè)用軸承類。具體包含以下設(shè)備領(lǐng)域：空調(diào)設(shè)備（集塵器、鼓風(fēng)機(jī)）；電機(jī)、泵類、回轉(zhuǎn)設(shè)備；傳送帶、各種機(jī)械設(shè)備；大型大廈內(nèi)回轉(zhuǎn)、空調(diào)設(shè)備；汽車工業(yè)、電子工業(yè)設(shè)備；水泥工業(yè)、礦山設(shè)備；造紙、紙漿工業(yè)；食品加工設(shè)備；冶金設(shè)備和機(jī)械加工設(shè)備等等。