油膜軸承潤滑油含水在線監測系統應用

張毅勃 張思聰 劉 超 張建李 楊叢龍

（1.唐山鋼鐵集團有限責任公司長材事業部，唐山 063011；2.唐山鋼鐵集團有限責任公司財務經營部，唐山 063011；3.唐山鋼鐵集團有限責任公司工程管理部，唐山 063011）

1 油膜軸承分類及潤滑原理

油膜軸承通過潤滑油在襯套與錐套之間形成完整的壓力油膜，使襯套與錐套的工作面分離，不發生直接的金屬接觸，達到液體摩擦狀態[1]。它具有承載能力大、使用壽命長、速度范圍寬、結構尺寸小以及抗沖擊能力強等優點，因此被廣泛應用于鋼鐵行業。按油膜形成的條件，它可分為靜壓油膜軸承、動壓油膜軸承以及動靜壓油膜軸承。目前，國內外大多數軋機使用的為動壓油膜軸承或動靜壓油膜軸承。

靜壓油膜軸承基于潤滑油的靜壓效應，通過壓力油將軸抬起，使襯套與錐套之間處于純液體摩擦狀態。油膜的形成不受相對滑動速度的限制，具有旋轉精度高、摩擦阻力小以及承載能力強的特點。但是，由于需要較為復雜的供油系統，除在高精度機床上使用外，它較少應用于其他場景。

動壓油膜軸承基于楔形原理，使得潤滑油被轉動的軸帶入收斂的楔狀間隙。由于潤滑油本身是不可壓縮的，受壓時會產生抗力實現承載。當外部載荷與油膜壓力平衡時，襯套與錐套之間會形成完整的壓力油膜，從而使兩個工作表面分離，形成純液體摩擦。

動靜壓軸承具有動壓和靜壓雙重效應，同時具備兩者的優點。軸承油腔采用淺腔結構，利用靜壓軸承的節流原理，在動壓軸承的承載區開設很小的壓力油腔，通過注入高壓油克服動壓軸承啟動和停止時出現的干摩擦。當在主軸啟動后，通過淺腔階梯效應實現動壓承載力和靜壓承載力的疊加，極大地提高了主軸承載能力，保證主軸具有高的旋轉精度和平穩的運轉性能[2]。

2 軋機油膜軸承的常見故障

油膜軸承結構原理雖然不復雜，但是其制造精度要求高，對安裝、使用以及維護的要求非常嚴格。從油膜軸承的失效形式來看，軋機油膜軸承的常見故障主要有磨損、銹蝕、劃傷、片狀剝落、塑性流動、龜裂、燒熔、規則裂紋以及邊緣磨損等。從現場損壞的油膜軸承來看，軋機油膜軸承的常見故障主要有漏油、軸承進水以及異常磨損等。其中，油膜軸承進水造成軸承失效的占比達到80%以上。

3 軋機油膜軸承進水原因

3.1 熱軋板帶軋機支承輥

軸承密封使用時間長會出現老化破損，從而導致進水。若排氣孔開設位置不合理，軋輥裝配運行一段時間后旋轉密封部位出現會輕微負壓，導致機構從內置的油箱蒸汽加熱器或潤滑油換熱器部位的管路通道中進水[3]。潤滑油進水后產生的主要后果是造成油膜強度降低、易銹蝕損害錐襯套、降低潤滑油的脫水性能以及縮短油品的更換周期[4]。

針對以上情況可以采取相關措施，主要有：檢查、更換存在問題下線的軸承座裝配水封；跟蹤線上運行的軸承座裝配，定期檢查油箱液位的變化，并通過打開油箱低位或回油管低位排水閥觀測油品含水量；改造存在問題的進排氣孔形狀及位置；將進排氣孔從回油接頭位置改到軸承座裝配端蓋上側，避免設備運轉后由于進、出油口的壓強變化而影響軸承內部供油壓強[5]。

3.2 棒、線材精軋機錐箱與輥箱

根據棒、線材維護記錄統計數據可知，目前錐箱與輥箱進水的主要原因為密封件損壞和箱體結合面滲漏。進水的主要原因主要有4個方面。第一，軸肩雙唇密封進水。如果密封唇口0.5 mm凸起的磨損量達到0.4 mm時，易造成冷卻水從軸肩雙唇密封處進入輥箱。第二，冷卻水從O形圈處進入輥箱。O形圈配合過盈為0.5～0.8 mm，壓縮率達到10%～15%。在裝配過程中，如果密封圈壓縮量過小會造成密封不嚴，壓縮量過大會造成O形圈切邊損壞。第三，從箱體結合面和面板的螺紋孔處進入輥箱。輥箱結合面由于加工尺寸精度和裝配過程中密封膠注膠時不連續或不均勻，會導致箱體進水。第四，氣封壓強和氣源清潔度。氣封壓強一般保持在0.06～0.10 MPa。如果氣壓過高，會造成密封加速磨損；如果氣壓過低，吹力不能推動唇口緊貼外環面，會造成輥箱進水。此外，氣源清潔度不達標極易造成氣封孔堵塞，使得唇封（內面）堆積大量雜質而加速密封磨損。

4 稀油潤滑油含水量檢測及監測

4.1 傳統潤滑油油品含水量傳統檢測方法

傳統油品含水量的檢測方法為觀察油箱底部積水報警器判斷系統是否進水。利用回油管最低端的分水器外置透明玻璃管觀察進水情況，可通過打開油箱低位或回油管低位排水閥觀測油品含水量。這種檢測方法不能及時掌握進水情況（油品需靜置），時效性較弱。對于一個潤滑系統，傳統檢測方法不能發現哪臺設備出現問題，定位準確度不高。此外，它對各油膜軸承的進水量缺少數據支撐，無法準確判斷各油膜軸承進水趨勢變化。

4.2 新型油含水在線監測系統

在線油液監測系統集黏度、含水率、油品品質、溫度、密度、微量水分、污染度以及金屬磨粒等多參數監測于一體，根據機械設備的不同，使用不同的潤滑油，可實現不同參數匹配分組集成。

軋機潤滑油含水在線監測系統由下位機單元、油路循環單元、通信單元以及上位機單元組成。第一，集成度高。一個傳感器結構內部集成了黏度、密度、油品品質和溫度傳感敏感器件，減小了傳感器的體積，便于現場安裝，且減少了多個傳感器相互干擾帶來的油路擾動。第二，數據處理與算法。通過完整的數據處理算法和模型，可有效甄別無效數據和干擾數據，凈化數據流，同時能夠保證把有效的油液指標數據形成分析結果與建議，為管理人員提供決策分析的依據。第三，拓展性強。在系統設計時預留接口，可根據現場需求增加相應的監測指標。軟件中也預留了相應的數據接口，便于進行二次開發，對數據進行其他應用。第四，與傳統檢測方法對比，在線油液監測系統能夠實時掌握系統的進水情況（時效性強），可實現單體設備進水量的準確預報（準確度高）。此外，設備技術人員借助此系統可及時了解設備各時段狀態，掌握其變化趨勢。

5 某鋼鐵廠軋鋼產線油品含水在線監測系統應用

5.1 熱軋產線油品含水在線監測系統應用

在粗軋、精軋軋機油膜軸承回油管路安裝9個含水傳感器測點，建立一套油膜軸承系統油品含水在線監測系統，如圖1所示。

圖1 熱軋產線油水在線監測系統

由圖2的監測畫面可以看出，粗軋R2潤滑系統回油管路中含水量已超過2%的上限，出現紅色報警。

設備維保人員根據報警信息排查R2潤滑系統進水點，處理后R2潤滑系統含水率降為0。可見，該系統的投入為現場設備維護提供了強大的數據支撐。

5.2 高線油品含水在線監測系統應用

圖3是高線模塊軋機潤滑油含水量采用停機判斷的圖表結果，可以看出含水率在明顯上升，因此判斷該架齒輪箱存在進水問題。維護人員可根據系統曲線有針對性地處理系統存在的問題。

圖2 熱軋產線油水在線監測系畫面

圖3 高線油品含水在線監測油溫及含水量曲線圖

6 結語

通過在線監測含水量，可實現對軋機及其他設備進水數據的呈現，降低現場工程師的勞動強度，確保油膜軸承的安全穩定運行，為設備管理決策提供科學的數據支撐，通過提高決策效率降低企業的生產成本。