摩擦式提升機主導輪軸承故障的原因探討

李爭春

（西山煤電股份有限公司馬蘭礦，山西 古交 030205）

·技術經驗·

摩擦式提升機主導輪軸承故障的原因探討

李爭春

（西山煤電股份有限公司馬蘭礦，山西 古交 030205）

隨著煤炭系統生產能力的不斷提升，安全生產成為第一要務，保障設備的可靠運轉，成了煤礦企業需要迫切解決的問題。提升機屬于煤礦重要生產系統之一，性命攸關，不容有絲毫差錯。通過對馬蘭礦副立井提升機軸承出現的故障情況分析，總結了故障時軸承潤滑狀況、聯軸器對中及軸承受力情況，判定軸承損壞的原因并提出了預測軸承損壞的方法，對礦井提升機管理和維護有一定的借鑒作用。

提升機；軸承；鐵譜分析；振動分析；故障原因

2008年10月10日，西山煤電股份公司馬蘭礦副立井的摩擦式提升機主導輪（摩擦輪）軸承經檢查發現，提升機主軸靠減速器端軸承外側有兩顆滾柱（夾角近140°C左右），由中心向四周呈放射狀出現數道裂紋，其中一顆滾珠已剝落一塊尺寸約50 mm× 20 mm×10 mm不規則小塊，須及時進行更換。該提升機主要承擔著礦井人員上下井及矸石的提升，更換工作必須準備充分，技術方案切實可行，一旦發生意外，勢必對礦井的正常生產造成嚴重影響，同時考慮到該提升機滾筒轉速只有42．783轉／min，一個提升循環只運行23．847轉，暫時將破裂的滾珠取出后繼續運行。此間，維護單位每班派專人傾聽軸承聲音，每兩天打開端蓋檢查一次軸承，及時掌握故障發展狀況，防止因軸承卡住而造成停機。

1 原因分析

該軸承型號為3003296，外徑870 mm，該礦從以下幾個方面對軸承損壞原因進行分析：

1）聯軸器對中情況。提升機主軸聯軸器對中情況對該軸承的運行狀況影響較大，對中不好，會造成主軸承跳動、軸承受力不均勻，產生附加動負荷等，從而造成軸承發熱、磨損、沖擊載荷等，使得軸承提早損壞。經檢查，該聯軸器對中偏差符合《煤礦安裝工程質量檢驗評定標準》評判，屬于合格范圍，不是造成軸承損壞的主要原因。

2）軸承潤滑情況。根據SKF軸承公司統計數據顯示，54%的軸承失效是不良潤滑造成的。理論上認為軸承滾道與滾動體之間是點接觸與線接觸，軸承運動為滾動摩擦，然而實際情況并非完全如此，承載軸承滾動面與滾動體由于受到負載的作用，必然產生彈性變形，使實際接觸面成為不同程度的面接觸，接觸區域產生的載荷與變形成正比，因此，滾動軸承滾動體與滾動彈道之間就有不同程度的滑動摩擦，金屬之間滑動摩擦系數較大，如果沒有潤滑油膜就會產生很大的運動阻力與熱量，致使接觸部位瞬間溫度很高，軸承表面回火燒傷，硬度與耐磨性能大幅度降低。大量軸承失效實例表明，各種因素造成的大量摩擦熱是軸承失效的主要原因之一。該軸承的運行溫度正常，潤滑油的油質、油量都符合要求。

3）從軸承各元件的載荷變化情況分析。當軸承承受徑向力Fr時，上半圈受載較小，主要靠下半圈承載，滾動體受力不均勻，受力變化為：小→大→小。固定圈在滾動體滾過時受力主要為：穩定的脈動循環載荷。滾動體和動圈，在承載區載荷由零逐漸增大到最大，再逐漸減少到零。事實上，滾動體的運轉狀態是無法直接看到的，所以無法確定每個滾動體在軸承運轉中是否始終處于滾動狀態，如果有個別處于滑動狀態，那么該滾動體就會磨損，與此同時會造成動圈和定圈的磨損。當該滾動體磨損到一定程度時，它的受力偏小，相鄰滾動體的受力變大，大到一定程度時就有可能造成滾動體破裂損壞，見圖1。

圖1 軸承各元件的載荷變化情況分析圖

副立井提升機已使用近20年，平均每天運行200多個循環，承載總量近55000kg，而3003296型軸承的額定靜載荷為7850kN，額定動載荷為14400 kN，在正常情況下完全能滿足使用要求。軸承在長期的重載運動中當某個滾動體磨損嚴重時，其相鄰滾動體的動載荷急劇增大，破裂幾率將大大增加。

2 應對策略

對于低速重載工況下的軸承，監測溫度通常不能及時發現問題，尤其是對于提升機這種間歇工作的設備，往往運行1min，等待5min，而軸承的散熱面積較大，摩擦熱在短時不足以造成表明溫度的上升。分析認為，可以采用如下幾種方式綜合評判及早判定軸承的運行狀況：

1）鐵譜分析。在軸承的運轉過程中，隨著運轉狀態的惡化，會逐步產生越來越多的磨損顆粒。鐵譜分析技術用物理的方法將磨損顆粒從潤滑介質中分離出來，沉淀在鐵譜基片上，然后進行磨損顆粒的顯微觀測與分析，達到實時（不拆卸機器）了解運轉機械內部的磨損情況和磨損部位的目的。將油樣以一定的速度通過高梯度強磁場鐵譜分析基片，懸浮在潤滑介質中的磨損顆粒隨油液流動，在強磁場的作用下，就以一定的形式沉淀在基片上。得以觀察異物顆粒的形狀、大小、色澤和材質，從而能清楚地判明磨損的類型，預告機器的運轉狀態，及時發現隱患。鐵譜分析技術是適合于鑒定和預測滾動疲勞的一種方法，原則上以鑒定鋼鐵等強磁體為主要目標，但對銅等非鐵金屬、砂、有機物和密封碎屑等異物也有相當出色的鑒定能力。

當油樣中出現直徑為1～5μm鋼鐵類球形顆粒時，可以肯定軸承已開始出現疲勞微裂紋。當油樣中出現長度與厚度比為10∶1的疲勞剝落顆粒，而長度大于10μm時，軸承中非正常疲勞磨損已經開始，當長度大于100μm時，軸承已經失效。第三種疲勞碎屑為長度與厚度比為30∶1的疲勞薄片，其長度在20～50μm之間，薄片往往帶有空洞。在疲勞開始出現時，這種薄片的數量會明顯增加，這可與球形顆粒共同作為疲勞出現的標志。這種方法往往需要確定一個合理的取樣周期，周期長則發現問題不及時，周期短則加大了工作量，越到軸承使用后期，越應縮短取樣周期。

2）振動檢測和分析。機械設備在運轉中，都會產生幅值或大或小的振動或噪聲，所以，過去常常靠耳聽手摸來判斷設備的運轉狀態。隨著科學技術的進步，現在可以用計算機結合專家系統來進行振動檢測和分析，把傳感器采集到的振動特征值進行量化分析，最后提出明確的結論和具有針對性的檢修指導意見。目前，這種技術多采用小波分析、同態濾波等方法，能及時發現軸承的點蝕、剝落、磨損、膠合等故障隱患。其主要優點是可以在線安裝，實時檢測，無須確定取樣周期。

軸承是運轉機械必不可少的部件，也是運轉機械的故障多發部件。做好軸承的檢測與維護，是保障機械設備可靠運轉的關鍵。同時要科學制定軸承的使用時間，及時更換時間長、性能差的軸承，以減少突發事故。

Discussion on Fault Reason of Leading Wheel Bearing of Friction Type Hoister

Li Zheng-chun

With the improving of the system of coal production capacity，production safety as first priority，and reliable operation of the equipment，coal mining enterprises need urgently solve the problem．Hoist is one of important in coal mine production system and at stake，should not be any mistake．This article through to the vice shaft hoist bearing fault case analysis，summarizes the failure bearing lubrication condition，the coupling and bearing load test of the situation，determine the cause of damage and proposes the prediction method of damage，to the personnel engaged in mine hoist management and maintenance has the certain model function．

Hoister；Bearing；Iron spectrum analysis；Vibration analysis；Failure cause

TD534+．3

B

1672-0652（2013）10-0044-02

2013-07-23

李爭春（1970—），男，山西原平人，2011級遼寧工程技術學院在讀碩士研究生，工程師，主要從事機電管理工作（E-mail）1737122209＠qq．com