POMINI磨床砂輪電機(jī)軸承損壞原因及處理

周 東

作者通聯(lián)：萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司板帶廠 山東萊蕪市 271104

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1.概述

萊鋼板帶廠1500mm寬帶生產(chǎn)線POMINI自動化軋輥磨床為意大利POMINI公司制造，于2005年3月投入運(yùn)行，用于軋機(jī)軋輥外形初加工和精加工。磨床伺服控制系統(tǒng)由西門子公司SINUMERIK 840D數(shù)控及驅(qū)動單元組成，砂輪旋轉(zhuǎn)電機(jī)采用SIMOVERT 6SE7系列變頻器驅(qū)動，電機(jī)功率129kW，額定轉(zhuǎn)速1150r/min，額定電流238A。

POMINI自動化軋輥磨床投入運(yùn)行三個月后，砂輪電機(jī)軸向竄動量逐漸增大，電機(jī)軸承噪聲大，最后導(dǎo)致電機(jī)軸承燒損，測速編碼器損壞。更換安裝砂輪電機(jī)及測速編碼器運(yùn)行三個月后又出現(xiàn)上述故障，將電機(jī)控制方式由速度控制模式改為V/f控制后，砂輪電機(jī)運(yùn)行電流不穩(wěn)定，控制精度低，磨削輥形曲線較差，故障未得到根本解決。

2.原因分析

造成砂輪電機(jī)軸承燒損的因素較多，為確定造成軸承燒損的根本原因，故解體損壞的軸承，在軸承外圈與滾珠接觸面上發(fā)現(xiàn)比較規(guī)則的灼痕，存在電化學(xué)腐蝕的表象，初步確認(rèn)為電機(jī)軸電流造成軸承損壞。

砂輪電機(jī)為三相交流變頻電機(jī)，采用SIMOVERT 6SE7系列變頻器驅(qū)動。當(dāng)電機(jī)在正弦波電源驅(qū)動運(yùn)行時(shí),通過電機(jī)軸的交變磁鏈產(chǎn)生軸電壓。這些磁鏈?zhǔn)怯赊D(zhuǎn)子和定子槽、分離鐵芯片之間的連接部分、磁性材料的定向?qū)傩院凸╇婋娫床黄胶獾纫蛩匾鸫磐ú黄胶舛a(chǎn)生的。而以IGBT為功率器件的PWM逆變器作為砂輪電機(jī)驅(qū)動電源時(shí)，電機(jī)軸電流問題更加嚴(yán)重，其產(chǎn)生機(jī)理與正弦波電源驅(qū)動時(shí)完全不同,由于大量采用高載波頻率（例如10kHz以上）的IGBT逆變器導(dǎo)致電機(jī)的軸承比低載波頻率的逆變器驅(qū)動時(shí)損壞更快（如圖1）。

圖1 IGBT整流單元高變化率的dv/dt導(dǎo)致高頻諧波

由于快速關(guān)斷IGBT功率器件導(dǎo)致的高頻諧波和電機(jī)各部分間存在著大小不等的分布電容，電機(jī)軸上形成耦合共模電壓，形成軸電壓的繞組—轉(zhuǎn)子耦合部分電路，泄漏電流流經(jīng)電機(jī)軸承，引起電火花擊穿軸承油膜，導(dǎo)致電機(jī)軸承損壞（如圖 2）。

西門子資料指出軸電流在0.35A/mm2以下是安全的，而高于0.7A/mm2則容易導(dǎo)致設(shè)備損壞。由于重力作用，軸承最下方油膜最薄，油膜向兩邊逐漸變厚，電火花引起軸承損壞現(xiàn)象比較規(guī)則，灼痕兩邊淺，中間深（如圖3）。

依據(jù)上述分析并結(jié)合軸承解體燒損實(shí)際情況，確定砂輪電機(jī)軸承燒損原因?yàn)檩S電流造成。

3.處理措施

在電機(jī)軸上加裝接地碳刷可消除軸電流，但是由于西門子電機(jī)結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場空間限制，不易安裝接地碳刷，經(jīng)檢查分析結(jié)合實(shí)際情況，采用以下幾種方法抑制軸電流：

圖2 電機(jī)軸承泄漏電流示意圖

（1）檢查發(fā)現(xiàn)砂輪電機(jī)未采用變頻電纜，而是采用了一般三相四線制的電纜，對諧波消除不利,將電纜更換為變頻電纜，從而減少諧波對系統(tǒng)的影響（圖4）。

圖3 軸承損壞情況

圖4 電纜

（2）改造接地系統(tǒng)。原系統(tǒng)僅變頻柜與廠房接地體連接，重新制作一個接地電阻＜0.1Ω的接地極與磨床床身、變頻柜內(nèi)接地母排等各點(diǎn)相連，改善了接地效果。

（3）原砂輪電機(jī)使用NSK2216型普通軸承，重新選擇使用德國FAG6216.C4.J20AA軸承外套為絕緣的絕緣軸承，切斷軸電流。

采取上述措施后，POMINI磨床砂輪電機(jī)運(yùn)行狀況穩(wěn)定，未再出現(xiàn)編碼器及電機(jī)軸承損壞的情況。