軋機(jī)主電機(jī)軸瓦壓力波動(dòng)原因分析及對策

張新順

（新疆八一鋼鐵股份有限公司 軋鋼廠 中厚板分廠，烏魯木齊 830022）

液體滑動(dòng)軸承具有摩擦系數(shù)低（可小至0.001）、承載能力強(qiáng)、使用壽命長等優(yōu)勢，因此廣泛應(yīng)運(yùn)于各類傳動(dòng)設(shè)備的相對轉(zhuǎn)動(dòng)部位。目前，在運(yùn)行過程中，八鋼公司軋鋼廠中厚板分廠軋機(jī)主電機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)軸瓦潤滑油壓力波動(dòng)大的問題。筆者進(jìn)行了原因分析，并采取了相應(yīng)措施，解決了軸瓦壓力波動(dòng)大的問題，提高了主電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1 徑向滑動(dòng)軸承液體動(dòng)壓形成的基本原理

1.1 徑向滑動(dòng)軸承液體動(dòng)壓形成的過程

軸與軸承裝配后，軸在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，軸處在軸承中的最低位置，如圖1（a）所示，軸頸與軸承孔形成楔形油隙。當(dāng)軸按圖示箭頭方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于油的黏性附著在軸的表面形成油層，該油層被旋轉(zhuǎn)的軸帶著一起旋轉(zhuǎn)，油在楔形間隙中產(chǎn)生擠壓而提高了壓力（即產(chǎn)生了動(dòng)壓）。當(dāng)轉(zhuǎn)速不夠高時(shí)，動(dòng)壓不足克服重力負(fù)荷而使軸頂起，此時(shí)軸與軸承仍處在接觸摩擦狀態(tài)，但此時(shí)軸會(huì)沿軸承內(nèi)壁向上運(yùn)動(dòng)，如圖1（b）所示；當(dāng)軸的轉(zhuǎn)速足夠高時(shí)，動(dòng)壓升高到足以平衡軸的載荷時(shí)，軸便在軸承中浮起，此時(shí)動(dòng)壓形成，軸與軸頸之間完全被油膜分隔開來，如圖1（c）所示。

圖1 徑向滑動(dòng)軸承液體動(dòng)壓形成的過程

1.2 液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承的特點(diǎn)

液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承具有以下特點(diǎn)：液體潤滑劑是被兩摩擦面的足夠高的相對運(yùn)動(dòng)速度帶入兩摩擦面之間，而形成連續(xù)穩(wěn)定的油膜。因此，在液體動(dòng)壓軸承的啟動(dòng)和停車過程中，當(dāng)軸的轉(zhuǎn)速較低而不能形成隔開兩摩擦表面的油膜時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)軸與軸承的直接接觸而磨損。

1.3 解決該問題的措施

通常解決該問題的措施有兩個(gè)：一是通過選用合適的材料保證軸承能在直接接觸條件下也能在短時(shí)間內(nèi)正常工作，但這種方式還是不能徹底解決軸承摩擦磨損的問題，因此不適合頻繁啟停、頻繁正反轉(zhuǎn)的設(shè)備；二是在具備動(dòng)壓條件的前提下，再對軸承施加靜壓力，該靜壓力的大小足以克服軸的重力負(fù)荷，保證軸頸在低速甚至轉(zhuǎn)速為零時(shí)也能與軸瓦之間形成油膜，這種方式就是液體動(dòng)靜壓滑動(dòng)軸承。從其工作原理及油膜形成方式可知，動(dòng)靜壓滑動(dòng)軸承既有全過程油膜保護(hù)的優(yōu)勢，又有油膜形成可靠的優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于重要的機(jī)械設(shè)備中。

八鋼中厚板分廠軋機(jī)主電機(jī)均采用了動(dòng)靜壓液體滑動(dòng)軸承。

2 動(dòng)靜壓軸承在使用中存在的問題

八鋼中厚板分廠軋機(jī)主電機(jī)的液體滑動(dòng)軸承，在使用中主要存在潤滑油壓力波動(dòng)大的問題。在調(diào)整好軸承靜壓力后（即滿足電機(jī)零轉(zhuǎn)速時(shí)軸頸有合適的頂起高度），主電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，原先調(diào)整好的靜壓力值就會(huì)出現(xiàn)大范圍的上下波動(dòng)，當(dāng)壓力值達(dá)到設(shè)定的保護(hù)值時(shí)就會(huì)出現(xiàn)主電機(jī)保護(hù)跳停。

2.1 壓力變化的原因

人們把電機(jī)軸承座與電機(jī)軸頸看作一個(gè)密閉的腔體。根據(jù)流體力學(xué)基本原理，壓力變化的實(shí)質(zhì)是負(fù)載發(fā)生了變化，負(fù)載變化的結(jié)果反映在流量的變化。即在流量不變的情況下，負(fù)載越小壓力越小，負(fù)載越大壓力越大。反之，在負(fù)載沒有變化的情況下，如果壓力變化則說明流量在變。

2.2 流量變化的原因

在泵的流量、揚(yáng)程沒有發(fā)生改變，以及管路沒有泄露的情況下，壓力變化的原因只能是軸承的潤滑油流量發(fā)生了改變，當(dāng)軸頸與軸承的間隙變小時(shí)，流量減小，反之流量增大。

2.3 軸瓦與軸頸間隙變化的原因

2.2.1 轉(zhuǎn)速對軸頸與軸承間隙的影響

根據(jù)液體動(dòng)壓油膜形成原理，兩摩擦面之間必須有足夠的相對運(yùn)動(dòng)速度，這是液體油膜形成的必要條件之一，并且轉(zhuǎn)速越高，軸頸與軸承的偏心距越小，即軸頸與軸承的間隙越大；反之，間隙越小。

主電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，由于轉(zhuǎn)速是在零到最高工作轉(zhuǎn)速之間頻繁變化的，因此主電機(jī)軸瓦與軸頸之間的間隙是不斷變化的。在空載運(yùn)行中，該間隙值的最小值等于靜壓壓力作用下軸承與軸頸產(chǎn)生的間隙值，最大值是軸頸轉(zhuǎn)速使軸頸與軸承的軸心偏心量達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的間隙值。

表1 解決辦法

2.2.2 工作負(fù)載對軸頸與軸承間隙的影響

在軋鋼過程中，主電機(jī)轉(zhuǎn)軸的負(fù)載是動(dòng)態(tài)變化的。由于靜態(tài)時(shí)調(diào)整的靜壓力只是在克服軸的重力負(fù)荷的情況下，使軸頸與軸承之間形成了一定的間隙，但在動(dòng)態(tài)情況下，一方面軸的負(fù)荷是動(dòng)態(tài)變化的，負(fù)載變化會(huì)造成間隙變化；另一方面，軸轉(zhuǎn)動(dòng)后還會(huì)形成動(dòng)壓。動(dòng)壓方向取決于靜壓力的大小。如果靜壓力使軸的中心在軸承的中線下方（人們將此時(shí)軸與軸承的偏心距稱為正偏心距），那么動(dòng)壓方向向上，并與靜壓形成向上的合力，使軸心繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)偏心距變小，軸與軸頸間隙增大；如果靜壓力使軸的中心在軸承的中線上方（人們將此時(shí)軸與軸承的偏心距稱為負(fù)偏心距），那么動(dòng)壓方向向下，與靜壓的方向相反，會(huì)使軸心向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)偏心距變大，軸與軸頸間隙減小。

經(jīng)過層層分析，筆者確定：造成主電機(jī)軸瓦潤滑油管路的壓力在主電機(jī)運(yùn)行過程中波動(dòng)大的原因是主電機(jī)轉(zhuǎn)子在動(dòng)靜壓的綜合作用下，其定起高度發(fā)生了變化，導(dǎo)致滑動(dòng)軸承與軸頸間隙發(fā)生了變化。

3 解決辦法

軸頸與軸瓦間隙的變化，導(dǎo)致軸承靜壓壓力的變化波動(dòng)。通過上述分析，筆者清楚地了解了工作狀態(tài)下靜壓壓力及其波動(dòng)的原因，并找到了解決的辦法。解決辦法如表1所示。

由于主電機(jī)負(fù)載工況下，轉(zhuǎn)速及負(fù)載對軸瓦間隙的影響所造成的具體變化量是非常復(fù)雜的，因此在實(shí)際的壓力調(diào)整中，只能按照上述分析的方向趨勢對軸瓦靜壓力進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的目標(biāo)是減小靜壓力的波動(dòng)，使該壓力值基本穩(wěn)定在設(shè)定的數(shù)值，具體的調(diào)整量以實(shí)際狀態(tài)為準(zhǔn)。

通過實(shí)際調(diào)整，解決了中厚板粗軋機(jī)、精軋機(jī)主電機(jī)軸瓦靜壓壓力波動(dòng)大的問題，提高了主電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，也提高了主電機(jī)軸瓦的潤滑可靠性。

4 結(jié)語

液體動(dòng)靜壓滑動(dòng)軸承的潤滑壓力波動(dòng)是常見的現(xiàn)象，但通過對其壓力波動(dòng)原因的分析，人們不僅解決了影響設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的問題，并且更加深入地理解和掌握了液體動(dòng)靜壓滑動(dòng)軸承工作原理，這有利于對液體滑動(dòng)軸承的使用和維護(hù)。