立式水力碎漿機用減速機軸承失效分析

邢磊 曹俊 潘金成 劉新資 孫承躍

摘要：立式水力碎漿機是一種常用的碎漿設備，針對立式水力碎漿機減速機中軸上端軸承的失效問題，在對其應用工況與檢測數據分析的基礎上，通過分析可知，出現失效的主要原因有疲勞剝落與雜質進入到潤滑油導致的磨損失效和腐蝕失效。在明確了失效原因的基礎上，針對具體原因制定出了解決的方案，主要方法有：安裝時注意軸承與端蓋間的軸向間隙和徑向間隙、安裝與運輸過程中防止軸承受到沖擊、注意隨時檢測潤滑油的水含量。通過這些方法有助于解決軸承的失效問題，增強減速機運行的平穩性和高效性。

Abstract： Vertical hydraulic pulper is a commonly used pulping equipment. Aiming at the failure of the upper end bearing of the shaft of the reducer of the vertical hydraulic pulper， based on the analysis of its application conditions and test data， through analysis It can be seen that the main reasons for the failure are wear failure and corrosion failure caused by fatigue peeling and impurities entering the lubricating oil. On the basis of clarifying the cause of the failure， a solution was developed for the specific reason. The main methods are： pay attention to the axial and radial gaps between the bearing and the end cover during installation， prevent the bearing from being impacted during installation and transportation， Pay attention to checking the water content of lubricating oil at any time. These methods help to solve the problem of bearing failure and enhance the smoothness and efficiency of the reducer.

關鍵詞：碎漿機;減速機;軸承;失效原因;解決方案

Key words： pulper;reducer;bearing;failure reason;solution

中圖分類號：TS732? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）14-0143-02

0? 引言

立式水力碎漿機是傳統的常用的碎漿設備，其碎漿作用主要是由于轉子的機械作用和轉子回轉時所引起的水力剪切作用，用于碎解漿板、損紙、廢紙等。立式水力碎漿機用減速機運行12個月后，減速機中軸上端蓋附近振動檢測異常，拆開后發現中軸上端軸承內圈滾道有剝落。根據應用工況和結構分析，找到失效原因，避免以后出現類似的問題。

1? 立式碎漿機用減速機應用工況和檢測數據

立式水力碎漿機用減速機應用環境潮濕，立式水力碎漿機經常會產生漏漿和漏水現象[1]。現場減速機24小時運轉，配有壓力潤滑系統和檢測系統。減速機采用立式直交兩級傳動，齒輪箱結構如圖1所示。減速機中軸上的軸承配置包括四點角接觸球軸承一件和調心軸承兩件。四點角接觸球軸承安裝在中軸上端，軸承外圈通過端蓋和擋圈固定，軸承內圈通過壓板和隔套固定。隔套分隔四點角接觸球軸承下側內圈和調心軸承內圈。兩件調心軸承在此結構中主要承受徑向載荷，調心軸承外圈軸向放開。四點角接觸球軸承主要承受軸向力，軸承外圈徑向放開。減速機驅動電機功率為1000kW，輸入轉速為1500r/min，中軸的軸承轉速為596r/min。減速機的承載能力完全滿足使用要求，軸承理論使用壽命符合設計要求。中軸的軸承潤滑方式為噴油潤滑，計算所需油量，滿足設計要求。測量中軸上端蓋附近的運行溫度為50-60℃，沒有超過規定值，未發現溫度異常變化。采用測聲器對運轉軸承的滾動聲的大小及音質進行檢測，初步分辨故障類型。轉速不變，噪聲頻率不變;轉速降低，周期變長。這種連續不斷的噪聲可能是滾道有傷。

使用動態信號分析儀對臨界工作狀態的機械進行監測，因為動態信號分析儀的高分辨率和動態范圍能顯示出得成分為較高振平幅度的千分之一。將振動傳感器吸附安裝在減速機中軸上端蓋附近，獲取振動信號，然后通過計算機程序進行信號分析，計算所需要的頻率，并給出軸承相應的參數和轉速，以判斷軸承是否存在故障。滾動軸承磨損后產生的振動同正常軸承產生的振動具有相同的性質，但磨損軸承的振幅明顯比正常軸承的高。因此，只要將傳感器獲得的振動信號加以比較，就可判斷出滾動軸承是否存在磨損類故障。現場測量齒輪箱的振動值1.3mm/s，中軸上端軸承運行壽命明顯低于同類應用。

2? 故障原因分析

軸承失效的表現形式主要有以下幾種，即接觸疲勞失效、磨損失效、塑性變形和游隙變化失效、斷裂失效、腐蝕失效等[2]。采用先進的診斷方法對其進行診斷，快速查找失效特征并發現失效原因。

拆卸后發現四點角接觸球軸承內圈有損傷，內圈下側滾道有一處剝落。損壞軸承裝在中軸上端，承載中軸的軸向力。軸承上側端蓋處的墊片和定位銷有損傷，如圖2所示，表明此軸可能受到強烈的沖擊，致使軸承受到大的沖擊，造成軸承出現局部應力集中的現象，隨著軸承的旋轉，載荷的反復作用，會出現表面下疲勞，隨后即出現小塊剝落，剝落的小塊會逐步擴展成較大的剝落區，剝落的碎片又會加劇軸承的進一步剝落，并使滾道上出現麻點和明顯凹坑。軸承內圈下側滾道出現剝落，表明軸承受到大的軸向力，額外的軸向力來自于軸的軸向膨脹。當應力的循環次數達到了一定的數量之后，就會在滾動體或者是內外圈滾道的工作面上造成疲勞剝落。如果軸承所承受的負荷過大，還會讓這種疲勞加劇。軸承滾道的疲勞剝落會降低軸的運轉精度，產生振動。

圖3內圈上側滾道（近端蓋）的輕微麻點痕跡表明有雜質進入潤滑油。從拆開的箱體來看，齒輪箱內部較臟，容易有雜質異物進入到軸承內部，導致油膜難以形成，致使軸承壽命降低。當顆粒異物或者是磨屑進入到了軸承內部，就會讓軸承磨損失效;如果軸承接觸部位有不正常的突起或者是軟異物，就會讓軸承接觸面出現受力不均的情況，進而導致局部過熱，如果過熱情況嚴重就會導致焊合現象，導致黏著磨損失效[3]。

檢測發現潤滑油的水分含量較高，造成軸承內圈滾道有輕微銹跡。在軸承油中水的質量分數為1%時就能使軸承壽命減少達90%[4]。

3? 解決方案

①安裝時注意軸承與端蓋間的軸向間隙和徑向間隙。考慮到軸的熱脹，軸承與端蓋軸向留出一定的間隙，避免軸承壓死。而軸向間隙的具體數值由應用工況（載荷、速度、設計參數）和期望得到的工作狀態（最大的壽命、最好的剛度、低的熱量產生、維護的便利等等）決定。四點角接觸球軸承可以承受徑向負荷和雙向軸向負荷，當軸承承受不同方向的軸向負荷時，作用在滾動體上的受力點也不同。也就是說當承受一個方向的軸向負荷時，有上下兩個受力點，當承受另一個方向的軸向負荷時，有不同于先前兩個受力點的兩個受力點。四點角接觸球軸承在此應用中主要用于承受軸向負荷，更作為推力軸承使用，因此外圈與端蓋之間需要有一定的間隙，避免軸承承受不必要的徑向負荷。而且四點角接觸球軸承的外圈定位槽用銷子與端蓋固定，防止軸承外圈轉動。

②安裝或者運行過程中小心操作，防止軸承受到沖擊。安裝軸承時應受力均勻，不能直接錘擊。軸承安裝不正，也會產生軸承失效。如配合過盈較大，應將軸承置于自動控溫的空氣加熱爐支架上，空氣在軸承周圍可自由流動，一般情況下，軸承溫度高于軸80-90℃已足夠進行安裝。立式碎漿機運行過程中，漿包掉入碎漿機直接砸在碎漿機的轉子上造成強烈沖擊，對減速機的軸承運行產生致命影響。部分漿包進入碎漿機前，雖然已經去除了鐵絲捆綁，但是木漿板在漿包皮的包裹下，仍以整包的形式被鏈板輸送機輸送到碎漿機內。從鏈板輸送機上掉落到碎漿機內，漿包直接砸到碎漿機的轉子上，對轉子連接的減速機等附屬設備造成強烈沖擊。不平衡的沖擊力直接傳遞到軸承上，造成軸承過早失效。

③使用過程中及時清理齒輪箱外側的雜質，防止雜質進入箱體。最常見的雜質影響是潤滑油內雜質和環境雜質進入到軸承內，如果雜質顆粒的直徑超過了油膜的厚度，就會破壞油膜，進而形成拉傷，導致軸承出現損傷或者是早期失效。如果雜質的直徑比較大，雜質就會直接對軸承回轉體帶來破壞。如果雜質的直徑比軸承最小工作間隙要小，那么雜質就能夠通過間隙伴隨著潤滑油進行攪動，導致滾動體工作面出現摩擦，如果雜質的直徑比軸承工作間隙要大，雜質被壓碎或被碾成薄塵埃粘附在軸承表面或嵌入其中。而被壓碎的雜質碎屑若不嵌入工作表面，而進入到潤滑油中，會更加劇軸承磨損。從而使軸承發生疲勞剝落。因此在日常使用中要嚴格控制外部雜質進入減速機。

④注意檢測潤滑油的水含量，保證潤滑油中水含量低于0.01%，以防止影響油品質量，進而影響軸承壽命。水對軸承的危害主要體現在兩方面：直接損害金屬表面，同時還會破壞潤滑油和潤滑脂，其中后者會間接的導致軸承損壞。水分還會對金屬表面造成銹蝕，對于潤滑油與潤滑脂來講，水分會讓油中的基礎油出現氧化，最終變質，而氧化產物再和水進行接觸，進一步產生酸性物質，而酸性物質會腐蝕金屬。另外，水引起油氧化變質，生成油泥，影響油的黏度和正常流動性。潤滑油含水后，在軸承部位形成的油膜變薄，油膜承壓能力下降，摩擦力增大[5]。因此整個問題的開始只是少量的水，引起連鎖效應，最后累積成大危害。

4? 結束語

綜上所述，立式水力碎漿機用減速機的中軸軸承主要出現了接觸疲勞失效和磨損失效，表現為軸承下側內圈滾道剝落和凹坑。通過控制安裝時的軸承間隙，防止運行時的沖擊載荷，防止雜質和水分的侵入，從而避免出現類似的失效情況。

參考文獻：

[1]朱志軍.水力碎漿機密封的改進[J].紙和造紙，2010.

[2]任慶春.機械軸承和齒輪的失效原因及應對措施[J].當代化工研究，2020.

[3]那亞莉.機械軸承和齒輪的失效原因及解決方案[J].內燃機與配件，2019.

[4]王寶貴.冷卻塔減速機軸承的防水設計[J].化工生產與技術，2013.

[5]王博，李帥，馬利華.潤滑油進水對滾動軸承壽命的影響[J].工程技術，2016.