漿板機網壓部軸承失效綜合癥象及減緩措施

于善坤

(安德里茨(中國)有限公司,廣東佛山,528000)

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·軸承失效·

漿板機網壓部軸承失效綜合癥象及減緩措施

于善坤

(安德里茨(中國)有限公司,廣東佛山,528000)

摘要：通過對軸承座振動頻率,軸承微觀組織,新舊油脂顏色、水分、有機物成分、金屬元素含量分析研究,獲得了漿板機網壓部圓錐滾子軸承失效綜合癥象。主要表現為：振動頻譜圖異常、油脂的表觀顏色異常、水分含量增加、金屬元素Fe、Zn和Li含量增加、有機物成分變化；可通過潤滑油脂、軸承安裝間隙和其密封材料的合適選用,避免兩不相溶的油脂合用等措施來減緩軸承的失效。

關鍵詞：漿板機；圓錐滾子軸承；失效特征；振動；密封

在漿板機網部及壓榨部的輥子中,為了適應高載荷、高溫及潮濕的環境，廣泛應用調心圓錐滾子軸承,但在軸承運轉的有效壽命中,常常發現軸承較短時間內會發生軸承內圈斷裂、剝離、腐蝕等失效現象,導致生產線不能高效運轉,而且維修成本過高。因此分析實際過程中軸承失效征象及其可能的原因,對所用圓錐滾子軸承進行失效預防和日常維護,以減少運行過程的故障、提高使用壽命、增加運行效益,具有十分重要的現實意義。

1實驗材料及方法

以某漿紙廠的漿板機網壓部圓錐滾子軸承失效為研究對象。該漿板機網壓部輥子布置如圖1所示。

(1)軸承運行環境及在線狀態監測

軸承運行狀況：輥子所承受線載荷4~70 kN/m,設計車速250 m/min,周圍環境有大量水氣,調試及運行時間為1年,軸承座的溫度為42~47℃,油杯有大量油脂,利用SKF的Microlog Analyzer便攜式數據采集器/FFT頻譜分析儀監測軸承座的振動。

(2)軸承失效圖

拆卸軸承座后,失效狀態下軸承及油脂模式如圖2所示。

(3)金相顯微鏡及硬度計對失效軸承微觀檢測

(4)油脂的測定

圖3所示為新舊油脂情況。圖3(a)為新油脂,呈黃褐色,圖3(b)和圖3(c)分別為圖1中F1位置傳動側軸承油杯內的油脂和C6位置操作側軸承油杯內的油脂,呈黑色。采用卡爾費休法測定其水分,利用ICP分析方法測定其金屬元素含量,采用油脂紅外光譜(FT-IR)分析其有機物成分變化。

圖1　漿板機網壓部輥子布置圖

圖2　失效狀態下軸承及油脂模式

圖3　新舊油脂

2結果與討論

2.1振動頻譜圖分析

圖4和圖5分別是圖1中F1位置傳動側型號為FAG的22338-E1-K-C3和C6位置操作側SKF的22320EK-C3的振動頻譜圖。F1處轉頻為0.7 Hz,軸承外環故障頻率BPFO為4.48 Hz,內環故障頻率BPFI為5.95 Hz。在圖4檢測頻譜中,一系列諧波頻率與外環故障頻率的倍頻率相吻合,表明軸承22338CCK外圈出現損傷,這與檢查外圈損壞結果相符合；C6位置處轉頻為1.13 Hz,軸承外環故障頻率BPFO為7.46 Hz,內環故障頻率BPFI為10.77 Hz。從圖5可看出，一系列諧波頻率與軸承22320EK內環及外環故障頻率的倍頻基本符合,且諧頻的峰值較大,表明軸承損壞嚴重,與檢查內圈斷裂結果相符合。

2.2軸承失效宏觀分析

圖2(a)表明，滾動體表面油脂嚴重乳化,表明油脂的抗水性能不好及過多的水分進入油脂,使油脂乳化,油脂乳化后潤滑性能變差,會使得軸承潤滑不足,滾動體與滾道直接金屬接觸而產生應力和微裂紋,發展成微小的剝落點,隨著軸承滾動體不斷地碾壓滾道,肉眼可見剝落點出現[1],見圖2(b)。圖2(c)呈現軸承內圈斷裂,可能是由于潤滑油脂的性能變差和安裝后軸承游隙過小及輥子軸向力綜合作用導致內圈應力過大造成斷裂。

圖4　下網驅動輥傳動側軸承振動頻譜圖(F1)

圖5　靴壓導輥操作側軸承振動頻譜圖(C6)

2.3失效軸承材料金相組織及硬度分析

圖6為軸承外圈材料金相顯微組織圖。從圖6可以看出，軸承材料組織為貝氏體1級,硬度為(58.5+58.2+58.2)÷3=58.3HRC，符合JB/T 1225—2001中等溫淬火后的貝氏體1~3級及硬度58~62HRC組織力學性能要求。

圖6　軸承材料顯微組織(×500)

圖7　新舊油脂FT-IR分析圖

2.4軸承新舊潤滑油脂分析

潤滑對滾動軸承的疲勞壽命和摩擦、磨損、溫升、振動等有重要影響。沒有正常的潤滑,軸承就不能工作,因此,軸承的良好潤滑是減小軸承摩擦和磨損的有效措施。除此之外,軸承的潤滑還有散熱、防銹、密封、緩和沖擊等多種作用。總之,選擇合適的潤滑劑極為重要,選用時應考慮工作條件及油脂的質量指標[2]。

2.4.1油脂水分分析

新舊油脂水分如表1所示。從表1可以看出,新油脂的水分含量為0.05%,符合油脂的特性,但在圖1中F1位置及C6位置的油脂內水分遠遠超出油脂所含的水分。表明油脂的抗水性能不好或軸承密封性不好,油脂中進入大量水分降低了其潤滑性能,導致軸承由滾動變為滑動,誘使軸承失效。

表1　新舊油脂水分含量　%

2.4.2油脂金屬元素含量分析

新舊油脂金屬元素含量如表2所示。從表2可以看出,舊油脂中Fe、Zn、Li的含量較大,軸承失效后,軸承內外圈及滾珠摩擦,疲勞腐蝕造成大量的Fe、Zn元素進入油脂中；油脂按照稠化劑命名的主要有鈣基、鋰基、聚脲滑脂，主要成分為Ca、 Li,舊油脂中Li的含量大幅增加,表明軸承在潤滑過程中可能混合其他油脂。

表2　新舊油脂的金屬元素含量　%

2.4.3油脂有機物分析

圖7為新舊油脂的FT-IR分析。從圖7可以看出,新油脂和舊油脂較大區別在于1562 cm-1處附近,舊油脂出現較大波峰,證明油脂中混入其他元素。結合金屬元素含量分析,證明不同類油脂的混合,導致兩者之間進行化合作用,產生新的化合物,或密封材料與混合油脂不相容,導致密封材料成分溶入到油脂中。

3結論

3.1漿板機網壓部軸承失效癥象宏觀表現為軸承座的振動頻率及油脂顏色存在異常,油脂嚴重乳化,內圈斷裂,滾道體出現剝落；微觀表現為軸承材料微觀組織正常,但油脂中水分、Zn、 Fe 及Li含量增加并且有機物的含量有所變化。

3.2針對漿板機網壓部軸承失效癥象,應采取減緩失效措施，選用黏度較高,極壓性能好,抗乳化能力強,氧化安定性好,錐入度較小的潤滑脂并且避免兩種不相溶潤滑脂混合對圓錐滾子軸承潤滑；軸承蓋與軸承座及軸頭之間要選用與潤滑脂相溶性密封件材料密封,避免水氣及密封材料老化進入軸承座內,降低油脂的潤滑性能；根據軸承安裝說明安裝圓錐滾子軸承,并檢查安裝前后軸承游隙,滿足游隙要求。

參考文獻

[1]ISO15243： 2004. Rolling bearings-Damage and failures-Terms, characteristics and cause[S].

[2]Machine design handbook committee. Machine design handbook[M]. Beijing: China machine design press, 2004.

(責任編輯：馬忻)

Failure Syndrome and Countermeasure of Cone Roller Bearings at Wet End in a Pulp Drying Machine

YU Shan-kun

(Andritz(China)Ltd.,Foshan,GuangdongProvince,528000)

(E-mail: yushankun123@163.com)

Abstract：The failure characteristics of cone roller bearings at wet end in a pulp drying machine were obtained through the test of vibrations of bearing houses, the observation of microstructure of bearings and the analysis of the new and old lubrication grease such as color,water content,metal content,and organic content. It indicated that the vibration spectrum and grease color were abnormal; the water content and the Fe, Zn & Li contents of grease increased and organic contents were changed. Some measures could be taken to slow down bearings’ failure, it includes to use appropriate greases, installation bearing clearance and sealing materials, and the mixture of incompatible greases is avoided.

Key words：pulp drying machine; cone roller bearings; failure characteristics; vibration; sealing

收稿日期：2014- 09- 15(修改稿)

中圖分類號：TS7;TG1;TH17

文獻標識碼：A

文章編號：0254- 508X(2015)01- 0052- 04

作者簡介：于善坤先生，工程師；主要從事造紙機械設備制造過程的質量控制及管理方面的工作。