立式水力碎漿機(jī)用減速機(jī)軸承失效分析

邢磊 曹俊 潘金成 劉新資 孫承躍

摘要：立式水力碎漿機(jī)是一種常用的碎漿設(shè)備，針對立式水力碎漿機(jī)減速機(jī)中軸上端軸承的失效問題，在對其應(yīng)用工況與檢測數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，通過分析可知，出現(xiàn)失效的主要原因有疲勞剝落與雜質(zhì)進(jìn)入到潤滑油導(dǎo)致的磨損失效和腐蝕失效。在明確了失效原因的基礎(chǔ)上，針對具體原因制定出了解決的方案，主要方法有：安裝時注意軸承與端蓋間的軸向間隙和徑向間隙、安裝與運(yùn)輸過程中防止軸承受到?jīng)_擊、注意隨時檢測潤滑油的水含量。通過這些方法有助于解決軸承的失效問題，增強(qiáng)減速機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性和高效性。

Abstract： Vertical hydraulic pulper is a commonly used pulping equipment. Aiming at the failure of the upper end bearing of the shaft of the reducer of the vertical hydraulic pulper， based on the analysis of its application conditions and test data， through analysis It can be seen that the main reasons for the failure are wear failure and corrosion failure caused by fatigue peeling and impurities entering the lubricating oil. On the basis of clarifying the cause of the failure， a solution was developed for the specific reason. The main methods are： pay attention to the axial and radial gaps between the bearing and the end cover during installation， prevent the bearing from being impacted during installation and transportation， Pay attention to checking the water content of lubricating oil at any time. These methods help to solve the problem of bearing failure and enhance the smoothness and efficiency of the reducer.

關(guān)鍵詞：碎漿機(jī);減速機(jī);軸承;失效原因;解決方案

Key words： pulper;reducer;bearing;failure reason;solution

中圖分類號：TS732? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）14-0143-02

0? 引言

立式水力碎漿機(jī)是傳統(tǒng)的常用的碎漿設(shè)備，其碎漿作用主要是由于轉(zhuǎn)子的機(jī)械作用和轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時所引起的水力剪切作用，用于碎解漿板、損紙、廢紙等。立式水力碎漿機(jī)用減速機(jī)運(yùn)行12個月后，減速機(jī)中軸上端蓋附近振動檢測異常，拆開后發(fā)現(xiàn)中軸上端軸承內(nèi)圈滾道有剝落。根據(jù)應(yīng)用工況和結(jié)構(gòu)分析，找到失效原因，避免以后出現(xiàn)類似的問題。

1? 立式碎漿機(jī)用減速機(jī)應(yīng)用工況和檢測數(shù)據(jù)

立式水力碎漿機(jī)用減速機(jī)應(yīng)用環(huán)境潮濕，立式水力碎漿機(jī)經(jīng)常會產(chǎn)生漏漿和漏水現(xiàn)象[1]?，F(xiàn)場減速機(jī)24小時運(yùn)轉(zhuǎn)，配有壓力潤滑系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)。減速機(jī)采用立式直交兩級傳動，齒輪箱結(jié)構(gòu)如圖1所示。減速機(jī)中軸上的軸承配置包括四點(diǎn)角接觸球軸承一件和調(diào)心軸承兩件。四點(diǎn)角接觸球軸承安裝在中軸上端，軸承外圈通過端蓋和擋圈固定，軸承內(nèi)圈通過壓板和隔套固定。隔套分隔四點(diǎn)角接觸球軸承下側(cè)內(nèi)圈和調(diào)心軸承內(nèi)圈。兩件調(diào)心軸承在此結(jié)構(gòu)中主要承受徑向載荷，調(diào)心軸承外圈軸向放開。四點(diǎn)角接觸球軸承主要承受軸向力，軸承外圈徑向放開。減速機(jī)驅(qū)動電機(jī)功率為1000kW，輸入轉(zhuǎn)速為1500r/min，中軸的軸承轉(zhuǎn)速為596r/min。減速機(jī)的承載能力完全滿足使用要求，軸承理論使用壽命符合設(shè)計要求。中軸的軸承潤滑方式為噴油潤滑，計算所需油量，滿足設(shè)計要求。測量中軸上端蓋附近的運(yùn)行溫度為50-60℃，沒有超過規(guī)定值，未發(fā)現(xiàn)溫度異常變化。采用測聲器對運(yùn)轉(zhuǎn)軸承的滾動聲的大小及音質(zhì)進(jìn)行檢測，初步分辨故障類型。轉(zhuǎn)速不變，噪聲頻率不變;轉(zhuǎn)速降低，周期變長。這種連續(xù)不斷的噪聲可能是滾道有傷。

使用動態(tài)信號分析儀對臨界工作狀態(tài)的機(jī)械進(jìn)行監(jiān)測，因?yàn)閯討B(tài)信號分析儀的高分辨率和動態(tài)范圍能顯示出得成分為較高振平幅度的千分之一。將振動傳感器吸附安裝在減速機(jī)中軸上端蓋附近，獲取振動信號，然后通過計算機(jī)程序進(jìn)行信號分析，計算所需要的頻率，并給出軸承相應(yīng)的參數(shù)和轉(zhuǎn)速，以判斷軸承是否存在故障。滾動軸承磨損后產(chǎn)生的振動同正常軸承產(chǎn)生的振動具有相同的性質(zhì)，但磨損軸承的振幅明顯比正常軸承的高。因此，只要將傳感器獲得的振動信號加以比較，就可判斷出滾動軸承是否存在磨損類故障?，F(xiàn)場測量齒輪箱的振動值1.3mm/s，中軸上端軸承運(yùn)行壽命明顯低于同類應(yīng)用。

2? 故障原因分析

軸承失效的表現(xiàn)形式主要有以下幾種，即接觸疲勞失效、磨損失效、塑性變形和游隙變化失效、斷裂失效、腐蝕失效等[2]。采用先進(jìn)的診斷方法對其進(jìn)行診斷，快速查找失效特征并發(fā)現(xiàn)失效原因。

拆卸后發(fā)現(xiàn)四點(diǎn)角接觸球軸承內(nèi)圈有損傷，內(nèi)圈下側(cè)滾道有一處剝落。損壞軸承裝在中軸上端，承載中軸的軸向力。軸承上側(cè)端蓋處的墊片和定位銷有損傷，如圖2所示，表明此軸可能受到強(qiáng)烈的沖擊，致使軸承受到大的沖擊，造成軸承出現(xiàn)局部應(yīng)力集中的現(xiàn)象，隨著軸承的旋轉(zhuǎn)，載荷的反復(fù)作用，會出現(xiàn)表面下疲勞，隨后即出現(xiàn)小塊剝落，剝落的小塊會逐步擴(kuò)展成較大的剝落區(qū)，剝落的碎片又會加劇軸承的進(jìn)一步剝落，并使?jié)L道上出現(xiàn)麻點(diǎn)和明顯凹坑。軸承內(nèi)圈下側(cè)滾道出現(xiàn)剝落，表明軸承受到大的軸向力，額外的軸向力來自于軸的軸向膨脹。當(dāng)應(yīng)力的循環(huán)次數(shù)達(dá)到了一定的數(shù)量之后，就會在滾動體或者是內(nèi)外圈滾道的工作面上造成疲勞剝落。如果軸承所承受的負(fù)荷過大，還會讓這種疲勞加劇。軸承滾道的疲勞剝落會降低軸的運(yùn)轉(zhuǎn)精度，產(chǎn)生振動。

圖3內(nèi)圈上側(cè)滾道（近端蓋）的輕微麻點(diǎn)痕跡表明有雜質(zhì)進(jìn)入潤滑油。從拆開的箱體來看，齒輪箱內(nèi)部較臟，容易有雜質(zhì)異物進(jìn)入到軸承內(nèi)部，導(dǎo)致油膜難以形成，致使軸承壽命降低。當(dāng)顆粒異物或者是磨屑進(jìn)入到了軸承內(nèi)部，就會讓軸承磨損失效;如果軸承接觸部位有不正常的突起或者是軟異物，就會讓軸承接觸面出現(xiàn)受力不均的情況，進(jìn)而導(dǎo)致局部過熱，如果過熱情況嚴(yán)重就會導(dǎo)致焊合現(xiàn)象，導(dǎo)致黏著磨損失效[3]。

檢測發(fā)現(xiàn)潤滑油的水分含量較高，造成軸承內(nèi)圈滾道有輕微銹跡。在軸承油中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%時就能使軸承壽命減少達(dá)90%[4]。

3? 解決方案

①安裝時注意軸承與端蓋間的軸向間隙和徑向間隙?？紤]到軸的熱脹，軸承與端蓋軸向留出一定的間隙，避免軸承壓死。而軸向間隙的具體數(shù)值由應(yīng)用工況（載荷、速度、設(shè)計參數(shù)）和期望得到的工作狀態(tài)（最大的壽命、最好的剛度、低的熱量產(chǎn)生、維護(hù)的便利等等）決定。四點(diǎn)角接觸球軸承可以承受徑向負(fù)荷和雙向軸向負(fù)荷，當(dāng)軸承承受不同方向的軸向負(fù)荷時，作用在滾動體上的受力點(diǎn)也不同。也就是說當(dāng)承受一個方向的軸向負(fù)荷時，有上下兩個受力點(diǎn)，當(dāng)承受另一個方向的軸向負(fù)荷時，有不同于先前兩個受力點(diǎn)的兩個受力點(diǎn)。四點(diǎn)角接觸球軸承在此應(yīng)用中主要用于承受軸向負(fù)荷，更作為推力軸承使用，因此外圈與端蓋之間需要有一定的間隙，避免軸承承受不必要的徑向負(fù)荷。而且四點(diǎn)角接觸球軸承的外圈定位槽用銷子與端蓋固定，防止軸承外圈轉(zhuǎn)動。

②安裝或者運(yùn)行過程中小心操作，防止軸承受到?jīng)_擊。安裝軸承時應(yīng)受力均勻，不能直接錘擊。軸承安裝不正，也會產(chǎn)生軸承失效。如配合過盈較大，應(yīng)將軸承置于自動控溫的空氣加熱爐支架上，空氣在軸承周圍可自由流動，一般情況下，軸承溫度高于軸80-90℃已足夠進(jìn)行安裝。立式碎漿機(jī)運(yùn)行過程中，漿包掉入碎漿機(jī)直接砸在碎漿機(jī)的轉(zhuǎn)子上造成強(qiáng)烈沖擊，對減速機(jī)的軸承運(yùn)行產(chǎn)生致命影響。部分漿包進(jìn)入碎漿機(jī)前，雖然已經(jīng)去除了鐵絲捆綁，但是木漿板在漿包皮的包裹下，仍以整包的形式被鏈板輸送機(jī)輸送到碎漿機(jī)內(nèi)。從鏈板輸送機(jī)上掉落到碎漿機(jī)內(nèi)，漿包直接砸到碎漿機(jī)的轉(zhuǎn)子上，對轉(zhuǎn)子連接的減速機(jī)等附屬設(shè)備造成強(qiáng)烈沖擊。不平衡的沖擊力直接傳遞到軸承上，造成軸承過早失效。

③使用過程中及時清理齒輪箱外側(cè)的雜質(zhì)，防止雜質(zhì)進(jìn)入箱體。最常見的雜質(zhì)影響是潤滑油內(nèi)雜質(zhì)和環(huán)境雜質(zhì)進(jìn)入到軸承內(nèi)，如果雜質(zhì)顆粒的直徑超過了油膜的厚度，就會破壞油膜，進(jìn)而形成拉傷，導(dǎo)致軸承出現(xiàn)損傷或者是早期失效。如果雜質(zhì)的直徑比較大，雜質(zhì)就會直接對軸承回轉(zhuǎn)體帶來破壞。如果雜質(zhì)的直徑比軸承最小工作間隙要小，那么雜質(zhì)就能夠通過間隙伴隨著潤滑油進(jìn)行攪動，導(dǎo)致滾動體工作面出現(xiàn)摩擦，如果雜質(zhì)的直徑比軸承工作間隙要大，雜質(zhì)被壓碎或被碾成薄塵埃粘附在軸承表面或嵌入其中。而被壓碎的雜質(zhì)碎屑若不嵌入工作表面，而進(jìn)入到潤滑油中，會更加劇軸承磨損。從而使軸承發(fā)生疲勞剝落。因此在日常使用中要嚴(yán)格控制外部雜質(zhì)進(jìn)入減速機(jī)。

④注意檢測潤滑油的水含量，保證潤滑油中水含量低于0.01%，以防止影響油品質(zhì)量，進(jìn)而影響軸承壽命。水對軸承的危害主要體現(xiàn)在兩方面：直接損害金屬表面，同時還會破壞潤滑油和潤滑脂，其中后者會間接的導(dǎo)致軸承損壞。水分還會對金屬表面造成銹蝕，對于潤滑油與潤滑脂來講，水分會讓油中的基礎(chǔ)油出現(xiàn)氧化，最終變質(zhì)，而氧化產(chǎn)物再和水進(jìn)行接觸，進(jìn)一步產(chǎn)生酸性物質(zhì)，而酸性物質(zhì)會腐蝕金屬。另外，水引起油氧化變質(zhì)，生成油泥，影響油的黏度和正常流動性。潤滑油含水后，在軸承部位形成的油膜變薄，油膜承壓能力下降，摩擦力增大[5]。因此整個問題的開始只是少量的水，引起連鎖效應(yīng)，最后累積成大危害。

4? 結(jié)束語

綜上所述，立式水力碎漿機(jī)用減速機(jī)的中軸軸承主要出現(xiàn)了接觸疲勞失效和磨損失效，表現(xiàn)為軸承下側(cè)內(nèi)圈滾道剝落和凹坑。通過控制安裝時的軸承間隙，防止運(yùn)行時的沖擊載荷，防止雜質(zhì)和水分的侵入，從而避免出現(xiàn)類似的失效情況。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱志軍.水力碎漿機(jī)密封的改進(jìn)[J].紙和造紙，2010.

[2]任慶春.機(jī)械軸承和齒輪的失效原因及應(yīng)對措施[J].當(dāng)代化工研究，2020.

[3]那亞莉.機(jī)械軸承和齒輪的失效原因及解決方案[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019.

[4]王寶貴.冷卻塔減速機(jī)軸承的防水設(shè)計[J].化工生產(chǎn)與技術(shù)，2013.

[5]王博，李帥，馬利華.潤滑油進(jìn)水對滾動軸承壽命的影響[J].工程技術(shù)，2016.