行星軋機(jī)角接觸球軸承損傷原因探究及處理

崔宏偉，蔡 凱，劉 山，李昌青，陳大衛(wèi)，周 駿

（江西銅業(yè)加工事業(yè)部，江西 南昌 330096）

1 引言

銅具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、塑性加工性能，銅管被廣泛應(yīng)用于制冷等行業(yè)［1-4］，目前精密銅盤管的生產(chǎn)主要采用鑄軋法，該方法具有工藝流程短、能耗低、生產(chǎn)效率高、成本低等特點［5-7］。近年來，許多學(xué)者對銅盤管的三輥行星軋制工藝技術(shù)和設(shè)備等進(jìn)行了大量的研究。Chi-Kang Shih［8］利用 LSDYNA3D建立起三輥行星軋制鋼棒材數(shù)值模擬模型。Chi-Kang Shih［9］還對軋件變形尺寸、螺旋紋的間距和偏轉(zhuǎn)角度等與模擬結(jié)果進(jìn)行了對比分析。余琪［10］等對不同軋制變形程度對三輥行星軋制管材組織和性能的影響進(jìn)行了研究。劉長榮［11］對三輥行星軋機(jī)軋制溫變區(qū)冷卻設(shè)計進(jìn)行了研究并對其應(yīng)用進(jìn)行了闡述。董營［12］等利用MSC.Marc軟件研究了軋制力的數(shù)值及變化規(guī)律。但是，研究三輥行星軋機(jī)維修保養(yǎng)技術(shù)較少，而在實際生產(chǎn)過程中，零部件損壞導(dǎo)致設(shè)備故障對生產(chǎn)穩(wěn)定性影響較大，如角接觸球軸承，因其損壞更換影響軋管質(zhì)量，影響生產(chǎn)穩(wěn)定順行。

本文以JTLC公司連鑄連軋銅盤管生產(chǎn)線中PSW1000三輥行星軋機(jī)的角接觸球軸承為研究對象，通過分析角接觸球軸承的工作狀態(tài)、損壞的形貌，探討軸承損壞的關(guān)鍵因素，并提出有效的預(yù)防控制措施。

2 工況特點及要求

精密銅盤管三輥行星軋機(jī)工作結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。三輥行星軋機(jī)是精密銅盤管的主要生產(chǎn)設(shè)備，經(jīng)銑面后的坯料進(jìn)入三輥行星軋制成管坯件，符合后道工序連拉所需要的規(guī)格尺寸要求，在整個生產(chǎn)過程中重要的工序之一。三輥行星軋機(jī)主要包括軋頭底座、回轉(zhuǎn)大支撐、轉(zhuǎn)子架、主驅(qū)動傳動軸、輔助傳動軸、中心軸和軸承等組成如圖1所示。在整個構(gòu)件中還有很多軸承件，其中角接觸球軸承也稱為7892軸承是三輥行星軋機(jī)的主要工作軸承之一，角接觸球軸承尺寸如圖2所示，由A、B兩列組成，B列為非承載側(cè)，A列為承載側(cè)，承載軸向力，在實際工作過程中因承載力大等惡劣環(huán)境，造成軸承剝離、開裂等缺陷，造成軋制振動，影響軋機(jī)生產(chǎn)和軋管的質(zhì)量。

圖1 三輥行星軋機(jī)工作結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 角接觸球軸承尺寸圖

針對JTLC公司軋機(jī)生產(chǎn)線2020年1-8月機(jī)械主要故障進(jìn)行了統(tǒng)計，如表所示，角接觸球軸承損傷次數(shù)雖然只有4次，但是停機(jī)時間長，累計103.8h，平均故障停機(jī)時間為26h/次，給生產(chǎn)帶來了極大的影響。

表 JTLC公司2020年1-8月軋機(jī)主要機(jī)械故障統(tǒng)計表

3 損傷分析及應(yīng)對措施

角接觸球軸承損傷主要形態(tài)主要有剝落、破裂和咬粘三種。對照形態(tài)，按照潤滑條件、安裝環(huán)境以及故障情況等進(jìn)行因素分析，盡管導(dǎo)致軸承損傷的原因很多，但是，導(dǎo)致本文中角接觸球軸承損傷的原因主要是安裝操作不當(dāng)、潤滑不良、密封結(jié)構(gòu)不完善等。

3.1 剝落

軸承在相當(dāng)長時間達(dá)到使用壽命時出現(xiàn)的剝落稱之為疲勞剝落，但是，另外在受到異常影響出現(xiàn)早期損傷，出現(xiàn)剝落，導(dǎo)致壽命大大縮短。角接觸球軸承典型剝落缺陷如圖3所示。

圖3 角接觸球軸承典型剝落缺陷

經(jīng)剝落的形貌和生產(chǎn)狀態(tài)分析，內(nèi)外圈滾道面或滾動面由于疲勞出現(xiàn)了剝落的現(xiàn)象。產(chǎn)生的主要原因有安裝不到位，對中性有誤差；軸承內(nèi)面有異物、水分等進(jìn)入；潤滑不良，潤滑劑不適合；軸承間隙不合適。

為了減少角接觸球軸承的剝落損傷，主要措施是：改善安裝方法，采用專用工具安裝；選用適當(dāng)粘度的潤滑劑；加強(qiáng)巡檢，增加軸承測溫措施；改善軸承的工作密封，定期檢查設(shè)備的密封；定期檢查設(shè)備的精度。

3.2 破裂

由于對圈套的擋邊或滾子圓角的局部施加了過大的載荷或沖擊，使得軸承一小部分發(fā)生了斷裂，三輥行星軋機(jī)角接觸球軸承典型破裂如圖4所示。

造成角接觸球軸承破裂的主要原因有安裝時的敲擊，此時為安裝好新的軸承后，試機(jī)運行過程中就能體現(xiàn)，軋機(jī)晃動；載荷過大，超載運行，使角接觸球軸承達(dá)不到承載的要求；軸承本身材質(zhì)存在問題，使用一段時間后，出現(xiàn)裂紋，隨著設(shè)備的運行，裂紋不斷擴(kuò)大，延展至破裂。

為杜絕角接觸球軸承破裂損傷，主要措施是：安裝過程中采用熱裝，使用適當(dāng)?shù)膴A具，以免因安裝間隙過小，而使用重物敲擊等造成破裂；調(diào)整軋機(jī)的載荷，滿足軋機(jī)的軋制能力要求，減少軸承破裂的概率。

圖4 角接觸球軸承典型破裂

3.3 咬粘

三輥行星軋機(jī)角接觸球軸承在運轉(zhuǎn)時高速運轉(zhuǎn)、急劇發(fā)熱，隨著工作時間推移，套圈、滾動體發(fā)生變色、軟化、榮敷和破損，角接觸球軸承咬粘如圖5所示。

造成角接觸球軸承咬粘的主要原因有潤滑不良，轉(zhuǎn)速過大，間隙過小，有異物進(jìn)入。為了降低軸承的咬粘不良缺陷，可以通過選用適合的潤滑劑，使用合適的潤滑方式，檢查軸承的密封、配合、間隙等措施改進(jìn)。

圖5 角接觸球軸承咬粘

4 結(jié)論

影響三輥行星軋機(jī)角接觸球軸承使用壽命的因素很多，不同的影響因素造成的損傷表現(xiàn)不一樣，主要形態(tài)主要有剝落、破裂和咬粘等。

通過正確規(guī)范的角接觸球軸承的安裝、三輥行星軋機(jī)的正確操作、日常點檢維修以及適當(dāng)調(diào)整，確保軸承密封、潤滑等都十分關(guān)鍵，為了確保三輥行星軋機(jī)的穩(wěn)定運行，需要有針對性地角接觸球軸承損傷的原因進(jìn)行分析、探討和研究，并加強(qiáng)維護(hù)管理。