立磨磨輥軸承失效原因分析和探討（上）

林 琳

（唐山冀東水泥股份有限公司，河北 唐山 063031）

0 前 言

立磨為水泥生產企業的重要主機設備，立磨的穩定、可靠運行關系到各企業年度經營指標、企業生產任務的完成。立磨磨輥軸承是在低速、重載、高溫、沖擊的復雜環境下運行的，磨輥外部還有高粉塵等更加惡劣的工況，如何在這種工況正確使用好磨輥軸承、延長其使用壽命一直是用戶、設備廠家所關注的問題。雖然磨輥軸承損壞形式略有差別，但具有共性與普遍性。本文結合唐山冀東水泥股份有限公司早期（2010年以來）的軸承損壞進行歸納分析和探討，希望對生產企業有所幫助。

圖1為磨輥結構示意圖、圖2為軸承結構示意圖。

圖1 磨輥結構示意圖

圖2 軸承結構示意圖

1 立磨軸承失效案例

案例一：某公司水泥立磨磨輥軸承損壞統計（2015年7月～2016年8月）：雙列圓錐滾子軸承370696×2-1/HCC9 、圓柱滾子軸承NU12/500×3/HCP6。共計損壞11盤軸承；立磨磨輥軸承損壞的主要形式如下：

保持架穿銷焊口開裂；

保持架斷裂。

立磨磨輥軸承（雙列圓錐滾子軸承）失效的因素：

穿銷焊接不良；

穿銷結構不合適；

穿銷與孔的間隙不合適。

圓錐軸承游隙可能不合理。

在設計、裝配時對軸承游隙的控制重視不夠，普遍偏大。進口軸承為-0.1mm～-0.15mm，國產軸承為0.5mm～0.15mm，導致承載滾動體數量較少，非接觸滾動體沖擊保持架，保持架受力較大。

案例二：某公司2號礦渣立磨2號主磨輥磨輥軸承損壞（PLC 612-45T3 CZECH JL 5901832、PLC 412-64，ZKL公司產品）。解體檢查：主要是保持架嚴重損壞，造成滾動體掉落，內套高溫拉傷。

損壞的主要因素：

保持架斷裂扭斷穿銷焊接不良或面積不夠（保持架結構形式在沖擊振動的工況下強度不夠，易脫焊及剪切斷裂）；

雙錐軸承內孔與軸轉動（軸承內套開裂、膠合），軸承外套與輪轂內孔轉動。掉皮、拉傷及變色痕跡可判定：滾動體失去控制不能正常旋轉，滾動體在內外套圈中滑動而嚴重發熱造成軸承燒傷；

雙列錐軸承游隙調整偏大，并且滾子大端與保持架大端內側磨蹭。

圖3為保持架變形，磨損，注銷斷及開焊，滾動體傾斜等現場圖。

案例三：某公司礦渣立磨JLMK-56.3.3X自2015年投產使用以來就發現磨輥回油中存在細小鐵屑，2016年9月份開始回油中鐵屑明顯增多，后期發現10mm×70mm的薄片，2號輥過濾器壓差由于鐵屑多頻繁報警。一直在對磨輥軸承做以下特護：①每2h對磨輥油站3個磁力棒進行清理，減少油箱中的鐵屑，減少過濾器壓差報警，同時關注鐵屑大小變化；②重點關注磨輥回油溫度變化及回油油鏡回油情況；③供油泵壓力保持在0.2MPa以上保證潤滑油的供給。10月31日進行計劃檢修，磨輥拆除后測量軸承游隙為0.43mm，而新總成游隙為0.05mm。磨輥總成解體后，發現圓柱滾子軸承有一顆滾子炸裂（見圖4），圓錐滾子軸承保持架變形嚴重，滾子側端面與保持架有摩擦痕跡，同時也有一顆滾子炸裂。表1為失效形式統計。

圖3 某公司2號礦渣立磨2號主磨輥磨輥軸承損壞圖

圖4 圓柱滾子軸承一顆滾子炸裂圖

表1 失效形式統計

2 軸承失效形式分析

2.1 通常軸承失效一般表現

（1）接觸疲勞失效。

軸承工作表面受到交變應力的作用而導致失效，一般產生疲勞裂紋，先從接觸表面以下最大交變切應力處產生，然后擴展到表面形成不同的剝落形狀。

形成過程及后果是：點蝕→麻點剝落→淺層剝落→深層剝落。

（2）磨損失效。

表面之間的相對滑動摩擦導致其工作表面金屬不斷磨損而產生的失效，按磨損形式通常可分為磨粒磨損和粘著磨損。磨損失效發生時，首先在軸承的表面有持續的磨損，導致軸承零件逐漸損壞，進一步造成軸承尺寸精度喪失及其它相關問題。

形成過程及后果是：磨損→形狀變化→配合間隙增大及工作表面變化→潤滑劑污染→潤滑功能喪失→軸承喪失旋轉精度。

（3）斷裂失效。

主要由過載和缺陷兩大因素影響。當載荷超過強度極限時會發生過載斷裂。軸承零件的微裂紋、縮孔、氣泡、大塊外來雜物、過熱組織及局部燒傷等缺陷在沖擊過載或劇烈振動時也會在缺陷處引起斷裂。

（4）軸承游隙變化失效。

由內、外在因素共同作用導致配合間隙改變，進而造成軸承精度降低，以致造成“咬死”現象。外因主要指過盈量過大、安裝不到位、溫升引起膨脹量、 瞬時過載等；內在因素主要有殘余奧氏體和殘余應力處于不穩定狀態等。

案例中的幾家企業軸承損壞屬于異常損壞：

從三家企業軸承的損壞看，運轉時間遠未達到軸承約定壽命，失效形式帶有共性：圓錐滾子軸承損壞較多，且主要損壞形式：①保持架焊口脫焊；②保持架斷裂或柱銷斷裂；③滾子斷面磨損，包括大端面磨損和小端面磨損，大端面磨損較多，且較為嚴重。

2.2 圓錐滾子軸承損失分析探討

（1）軸承質量問題。

立磨磨輥軸承為專用大型軸承，在20世紀90年代立磨剛剛引進中國，磨輥軸承基本選擇進口軸承，SKFFAG等品牌，在材質、熱處理、加工精度均有可靠保證，即便如此磨輥軸承損壞案例時有發生。隨著國產立磨的研發，技術日趨成熟。國內軸承廠家同期研發跟進，逐步進行立磨磨輥軸承國產化替代，打破進口壟斷，降低了制造成本，但也付出了一定代價。主要表現在：軸承廠家研發水平、制作水平參差不齊，由于軸承廠家對立磨工況的不了解、不熟悉，設計人員按照常規設計，在材質、鍛造、熱處理、加工精度、裝配精度定位、焊接加工等諸多環節不能保證軸承質量的穩定可靠，甚至有些進口品牌存在同樣問題。國內知名軸承企業在使用中都有失敗的案例。

另外受國內采購招投標流程影響，招標結果過于注重價格，軸承生產企業為降低采購成本，競相壓價。軸承采購招標文件又沒有明確詳細的技術要求，備件驗收要求專業性又非常高，個別廠家為中標，不排除采用降低制作標準的方式進行投標，甚至有以P0級低軸承精度替代P6級精度，降低成本的情況，價格相差30%以上，直接影響了軸承使用壽命。

在保證裝配、應用的情況下，同規格型號的軸承外形一致，細節差異較大，滾動體數量、母線形式，保持架形式、材質，加工、裝配精度等，各公司標準不一致。例如：承載滾動體個數不同、滾動體尺寸誤差不同影響軸承壽命；滾動體鍛拔次數多少，影響金屬組織細密度、缺陷等。個別滾動體碎裂多與此有關；組對保持架的上下墊片的加工精度、形位公差、組對方式、焊接質量影響滾動體運轉軌跡，同樣會導致保持架損害。

（2）軸承裝配問題。

在與國、內外軸承廠家進行考察交流過程中發現，對于軸承游隙控制差別較大。SKF/FAG進口軸承廠家軸承質量較好，精度高，理論要求軸承負游隙控制（一般為-0.1mm～-0.15mm），立磨系統升溫，潤滑系統升溫后軸承在小游隙運行，軸承壽命延長；國產軸承受加工精度、裝配精度所限，一般控制在0.1mm～0.2mm，甚至更大，實際運轉時游隙遠大于此數據。雖然能夠滿足初期運行，隨著磨損加劇，游隙持續增大，振動沖擊增大，隱患增大。游隙增大直接導致承載滾動體數量的減少，單個滾動體承載增大，軸承運轉時非承載滾動體對保持架、穿銷的沖擊加大，可導致保持架的焊肉開裂、保持架斷裂失效，因此裝配時對軸承游隙的控制尤為重要。

公司出現過施工單位不熟悉磨輥軸承裝配要求對游隙無控制的情況，初裝游隙＞0.8mm，軸承壽命較短。

（3）使用問題。

立磨的穩定運行直接關系到軸承壽命的長短。影響穩定運行的因素較多，主要有研磨壓力、料層厚度、入磨物料粒徑、物料的顆粒級配、擋料圈高度、磨內的風速、風溫、噴水量、金屬異物的進入等。立磨的操作說明書有詳細介紹，不做贅述；YJ公司水泥立磨在剛投產時運行壓力較高（＞12MPa），并且持續運行時間較長，對設備的損傷是有影響的。

在此只需要關注軸承壽命計算公式：

式中：Cr—當量載荷；

P—當量動載荷。

當量動載荷增加，軸承壽命以10/3次冪遞減。因此穩定立磨的運行操作，減小、控制動載荷沖擊對保護設備至關重要。對主減速機的軸承、齒輪壽命同樣重要。

（4）密封損壞、進灰。

案例一中2號、3號水泥磨磨輥密封處耐磨環磨損較快，在三道密封圈配合處表面磨出三道深淺不一的溝，密封處出現間隙導致漏油。原因首先是密封圈與耐磨環配合公差不合理，其次是耐磨環的硬度不夠。

由于磨輥軸承損壞，軸承間隙增大，尾部密封圈及耐磨環受損，導致漏油；軸承滾動體柱銷脫落，密封壓蓋受力，致使密封壓蓋螺栓折斷、密封蓋與輪轂結合處出現縫隙，導致漏油、進灰。

以上為軸承異常損壞的主要原因，如果各影響因素疊加時，對縮短軸承壽命影響更大。

（未完待續）