滾床式高溫烤箱軸承失效分析及預見性維修

張仰順，楊成，邵崇杰，寇鎖，朱熠豐

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

在北京奔馳涂裝車間電泳、涂膠和面漆濕膜工藝都需要進入烤箱烘干進行加熱固化。電泳高溫段工藝溫度值在180～200℃，密封膠和面漆工藝溫度值在160℃左右。烤箱內部輸送方式采用的是滾床式輸送系統。其優點相對鏈式滾床而言，主要是烤箱內無須使用鏈條油潤滑，避免車身被污染；另外，每個烤箱分別由若干單體滾床組成，停機時可快速鎖定損壞部位，有利于故障判斷和解決。但由于考慮到滾床傳動軸的安裝及烤箱的保溫性，所有的軸承在烤箱內部。因此，烤箱軸承的使用壽命及預見性維護是一大課題。

圖1 烤箱輸送滾床結構圖

1 烤箱內輸送滾床軸承當前使用介紹

烤箱滾子軸承均采用的是6205-2Z/C4HS1VT127F7 訂制白油高溫軸承，其內部采用的是克虜伯L55/2 高溫潤滑脂。

如圖1，每個滾床有5 根滾軸，外部由0.37kW 電機驅動，通過鏈條鏈輪連接驅動滾軸，滾軸兩端使用此高溫軸承，之前出現過幾次因軸承損壞造成的較為嚴重的停機。

當前生產為3 班24h 運行，每周連續生產6 天，基本沒有預留任何維修時間，生產期間一旦損壞，將可能導致當日產量無法完成。

圖2 安裝前軸承內部油脂機械狀態

由于軸承損壞會造成滾軸轉動困難甚至卡死，導致滾床電機過流報警和車輛向前運行超時甚至無法向前運行，此故障將造成節拍嚴重下降和生產質量缺陷。由于該故障需要烤箱降溫，這里以電泳烤箱為例，如從185～60℃需要至少1.5h，升溫過程從60℃升溫至工藝溫度需要至少2h。

因此，研究此類軸承的失效模式及制定合理的搶修預案很有必要。

2 主要失效模式分析

我們對此類軸承損壞過程作了實例分析，研究軸承損壞的真因，取樣分析大致結果如下。

圖3 軸承使用年限與狀態

根據圖3 可知，使用1 年軸承油脂大部分處于濕潤狀態，顏色無較大變化；使用兩年軸承油脂變干，顏色發黃，部分軸承轉動阻力較大；使用3 年大部分軸承已看不到油脂，軸承活動阻力大，部分軸承出現卡頓，少量出現保持架破損現象。經過對使用3 年軸狀態分析，大部分不能轉動軸承洗掉干涸油脂可順暢轉動。因此，損壞與隨著使用年限油脂狀態變化關系很大，那么，有沒有更好的油脂或者使用不同結構和潤滑方式的軸承呢？克虜伯L55/2 油脂是當前已知耐高溫性能最好的高溫潤滑脂，此結論是從Durr 公司 長期現場使用中得出。另外就是選擇別的類型軸承，當前耐高溫軸承選擇大致有以下幾種：石墨軸承，銅套碳芯滑動軸承，無保持架的高溫軸承以及陶瓷軸承。

根據現場試驗結果，銅套碳芯滑動軸承耐用性并不理想；石墨軸承因烤箱的風系統可能會污染車身。對于無保持架的高溫軸承以及陶瓷軸承后期會做試驗進行驗證。

根據對軸承使用狀態的抽樣調查（圖3）分析可得，軸承大批量損壞風險可定義在兩年，據此結論采取周期性的更換策略是目前能夠避免停機的有效預防措施之一。

但我們知道軸承的疲勞壽命是相當離散的，同一批生產的同一型號軸承，在完全相同的條件下運轉，疲勞壽命各不相同，甚至相差數十倍，因此還需要預見性維護措施。

3 預見性維護方法

預見性維護是基于過程數據，通過預測可能的失效模式以避免維護性問題的活動，預見是從現在就開始對設備的各項指標數據進行收集，長期（定期）的監控，并根據監控結果所采取的維護措施?；陬A見性維護的理念，通過得到的結論，軸承潤滑狀態不良、軸承出現損壞等狀況時都會不同程度反應到電機的運行電流，因此，增加電流監控及預警值可達到預見性的效果，運用電流監控的手段，能夠提早發現疲勞壽命較低的軸承，避免造成停線故障。

圖4 烤箱電機電流報警界面及報警信息

圖5 報警內部程序

根據長期對每個滾床電流值的監控與現場對應檢查滾床軸承狀態，對每個滾床制定了較為合理的電流預警限值。在周期更換軸承期限內根據預警值檢查軸承狀態，然后決定是否更換。以此預見性維護方法可避免疲勞壽命周期內的損壞情形。

4 緊急性維修方式

4.1 滾輪旁通功能

當以上的預防性和預見性維護不能完全避免損壞時，就要采取必要有效的應急措施。單個滾輪卡死時，首先，利用管鉗來回轉動軸以試圖將損壞的保持架滾珠擠出；其次，利用事先測量制作的鏈條跨過該軸，利用其余的四根軸帶動車身向前運行，但此時可能會有運行超時，應對方法為不讓車在此滾床存在等待時間，前面滾床等待空位后，增加進車速度快速通過滾床。但以上方法都無效時需要利用方式2 解決。

4.2 快速降溫

當烤箱內滾床軸承在生產過程中完全卡死且無法旁通時，必須對損壞的軸承進行更換。此時需要維修人員進入烤箱內進行維修工作。由于烤箱內溫度較高，必須采用烤箱快速降溫的功能，將烤箱內溫度降至60℃以下，才能夠進行維修工作。基本上烤箱整體降溫過程以及修復后的升溫過程占全部停機時間的95%以上。因此，如果能夠快速將烤箱進行降溫和升溫則可以大大降低停機時間。

在項目設計階段，供應商就給烤箱設計了快速降溫功能，主要工作原理就是將周圍環境溫度相對較低的室內空氣抽到烤箱中進行冷卻。這個功能對于溫度較高的烤箱來說，降溫時間需要2h，同時升溫時間需要1.5h 左右。在對現場的情況進行確認后，我們發現可以僅針對故障點處的局部區域進行降溫。具體操作方法是關閉烤箱新風的送風，手動打開該局部區域對應換熱箱的門，手動打開主風道的排風風機形成負壓，這樣故障區域換熱箱就會從周圍環境中抽取冷卻空氣進去，對該區域進行局部降溫。

經過現場測試，使用局部降溫的方法，降溫時間僅需50min 左右，升溫時間僅需30min 左右，大大降低了停機時間。下圖是使用局部降溫方法的操作流程。

圖6 烤箱局部降溫功能操作流程

4.3 高溫防護服

如前所述，當生產過程中發生故障需要緊急搶修時，主要時間是等待降溫和升溫的時間。如果能夠在不進行降溫的情況下進行維修，對停機所造成的影響就會大大降低。

為此，我們采購了高溫防護服，并配套相應的呼吸器，如圖7 所示。使用此防護服，人員能夠直接進入烤箱，進行簡單的維修工作。雖然穿戴防護服操作不便，會有一定的影響，但相比降溫和升溫過程來說，這些影響完全可以接受。

圖7 高溫防護服

5 軸承安裝方式—避免損壞軸承

軸承不正確的安裝方式將對軸承及其附件造成損傷，將會影響軸承使用壽命。因此，我們在軸承安裝方式上下了功夫，制作專用的軸承安裝工具，嚴格拆裝流程，安裝完成后手動轉動軸承，感受其狀態；增加一鍵測試功能，更換完滾軸通過測試功能轉動滾軸，聽異響，檢查軸承安裝狀態。通過這一系列流程避免因不正確安裝造成的軸承損壞現象。

圖8 軸承及滾子拆裝工具展示

圖9 軸承及配件各安裝位置朝向

6 結語

由于高溫烤箱軸承使用位置的特殊性，緊急性維修較為困難，損壞時造成影響較大，因此，充分利用好預防及預見性維修手段，以及充分利用當前設備科技條件制定應急維修預案具有重要意義。軸承的改善選擇需要進一步的現場試驗驗證；電流監控數據能夠有效提供維護的依據，有效減少應急性維修的次數，保障生產的順利進行，以及避免緊急性維修帶來的能耗損失，人員在緊急性維修過程中可能造成的安全隱患。設備維護管理理念應當是首先結合預防及預見性維護，采用大量措施尤其充分利用設備監控數據有效避免緊急維修。

圖10 安裝時使用專用工具敲打軸承內環