洗滌動輥軸承異常失效原因分析

摘要： 為了解決某企業紙機洗滌動輥軸承在一段時間內頻繁出現內部保持架異常失效問題，本文針對此情況找出洗滌動輥軸承22216EK 失效原因存在4 點：①軸承潤滑不足；②軸承裝配不當；③雜質進入軸承；④軸承負載過大。通過有針對性地逐條原因分析，以及對洗滌動輥實際位置測量，建立洗滌動輥受力分析模型，研究洗滌動輥軸承失效原因。結果表明，紙機在運行期間，洗滌動輥負載過大是軸承22216EK 異常損壞的主要原因。通過在紙機停機檢修期間，更換洗滌輥軸承為22316CAK/W33后，洗滌動輥軸承異常失效問題得到有效解決。

關鍵詞：洗滌動輥；軸承保持架；異常失效；受力分析；整改措施

中圖分類號：TS737 文獻標識碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 03. 020

造紙機由各種大型輥件組成，輥件的安全運行是制備合格紙張的重要前提，安裝在輥件軸頭兩端的軸承，是負責輥件回轉運動的重要零部件[1-4]。造紙機大多是每天連續24 h不間斷工作，在確保正常檢修保養時才可停機。在正常檢修過程中，軸承需要快速地拆卸和安裝，為紙機檢修節省停機時間，從而創造更多的生產價值。由于造紙車間環境溫度較高，濕度較大[5]，紙機軸承在此條件下會危害軸承可靠性[6]。輥件的長度、軸承支撐位置、輥件受到載荷等因素可能導致輥件產生軸向位移，進而使軸承產生徑向或軸向偏移，給軸承的使用周期帶來一定影響[7-9]。而在軸承選擇和配置時[10]，較高的使用周期和可靠性是衡量軸承重要的參考指標。本文以某企業紙機洗滌動輥軸承為例，生產過程中發現新上機的洗滌動輥軸承使用時間最長為3個月，便會出現軸承保持架變形失效的情況。本文針對此種情況找出洗滌動輥軸承失效原因，并采取相應整改措施，解決洗滌動輥軸承異常失效問題，保證紙機的正常運行。

1 洗滌動輥軸承保持架變形失效

在生產作業中發現，紙機洗滌動輥時常出現噪音與振動，停機后經過設備維修人員檢查，發現紙機洗滌動輥軸承的滾子部分脫落，保持架變形失效，如圖1所示。洗滌動輥軸承為調心滾子軸承，更換一套新的調心滾子軸承（型號22216EK） 上機，紙機運行一段時間后，洗滌動輥再次出現噪音與振動，經過檢查，軸承失效原因與上一次相同。如此往復，洗滌動輥更換了約3～4 次軸承，軸承上機使用周期最長時間約為90天，最短上機時間約為30天，平均上機使用壽命約45天，遠低于22216EK軸承的使用壽命，每次軸承失效原因均為軸承內保持架發生變形而失效。這一現象引起了設備維修段長及設備工程師的重視。由于紙機洗滌動輥軸承內保持架多次異常失效，不得不多次停機，對洗滌動輥軸承進行拆卸與更換，頻繁更換軸承不僅給洗滌動輥的軸頭帶來損傷，而且導致紙機多次未按計劃停機，給工廠正常生產帶來一定負面影響。

2 軸承失效原因

軸承雖然由很多零部件組成，但最先損壞或失效的通常是軸承內部保持架。可將保持架比作軸承內部的紐帶，保持架可將軸承內圈、外圈與滾動體均勻有序地分布并連接；保持架稍有偏差便會縮短軸承的使用壽命，導致軸承損壞失效。軸承保持架損壞失效的原因有以下4方面。

1） 軸承潤滑不足。潤滑油脂對軸承來說是必不可少的，按時對軸承添加油脂可以減少軸承內部摩擦并延長軸承的使用壽命。但如果沒有按時給軸承添加油脂，導致保持架內部呈干枯狀態，軸承內部容易發生嚴重磨損。

2） 軸承裝配不當。在安裝軸承過程中使用退卸套裝置時，軸承安裝到位后，要留有一定游隙，若游隙尺寸發生偏差，則會導致軸承內圈與軸頭松動，有可能造成軸承不對中、偏心、不平衡等情況，軸承上機運行后易出現損壞。

3） 雜質進入軸承。平時存放軸承，應保證軸承的干凈與密封，若有外來雜質或粉塵進入軸承內部，會增加軸承內部保持架、軸承外圈和滾動體的摩擦系數，軸承長時間運轉，摩擦生熱從而導致軸承失效。

4） 軸承負載過大。如給洗滌動輥氣胎加壓時存在沖擊負載，會造成軸承座激烈的震動從而導致軸承內滾動體對保持架的撞擊；或在洗滌動輥軸承運轉過程中承受較大動載荷，使軸承長時間處于過載條件下運行，均可導致軸承損壞失效。

針對以上軸承失效原因，本文以洗滌動輥為例，找出洗滌動輥軸承損傷失效具體原因，并作出相應整改措施。

3 分析與計算

針對以上導致軸承失效的原因，本文逐一對軸承進行如下檢查。

1） 此機臺洗滌動輥軸承每日均有設備維護人員巡檢，并按時給軸承添加油脂，從下機換下的軸承內部來看（圖1），軸承內部油脂充分，不存在軸承內部潤滑不到位的情況，故由于潤滑油脂問題導致的軸承失效不是主要原因。

2） 洗滌動輥軸承均由負責此機臺的設備維修人員安裝，安裝過程操作規范，此前停機或檢修期間，同時更換此機臺其他輥件軸承，但其他軸承均未出現像洗滌動輥軸承頻繁變形失效情況，故由安裝問題導致的軸承失效不是主要原因。

3） 對采購的軸承進行檢查，軸承內均涂有防銹油，并無雜質，入庫后進行封存，存放在設備維修庫房，庫房環境溫度常年保持在25 ℃左右。每次上機更換軸承之前，必須先檢查待更換的新軸承，檢查一切正常且無雜質進入后，才可更換，故由于雜質進入導致的軸承失效不是主要原因。

4） 機臺開機時會給洗滌動輥加壓，給軸承座帶來一定沖擊，由于其他機臺輥件均使用相同型號軸承，且在相同的加壓條件下，輥件軸承未出現類似洗滌動輥軸承失效問題，由此分析沖擊載荷不是導致洗滌動輥失效的主要原因。下面將針對洗滌動輥軸承所承受載荷進行詳細計算。

紙機中洗滌動輥的位置圖如圖2所示。由圖2可知，洗滌定輥固定在紙機上方，洗滌動輥位于紙機下方，洗滌動輥通過兩端氣胎加壓裝置給洗滌動輥施加壓力，氣胎對洗滌動輥施加壓強為0.5 MPa，氣胎的施加壓方向和洗滌動輥的受力方向及力臂在圖2中已經標出。繪制洗滌動輥的受力分析簡圖，如圖3 所示。圖3中繪制了2個洗滌定輥與動輥之間的定位尺寸，便于確認兩輥的定位位置。通過氣胎給洗滌動輥施加壓力為Fq，氣胎施壓的力臂為LOA；洗滌動輥在未接觸到洗滌定輥之前受到垂直于軸承座的壓力F1，力臂為LOB；當洗滌動輥接觸到洗滌定輥后，受到洗滌定輥給其反作用力F2，通過力的三角形分析可知，F2 的方向在洗滌定輥與洗滌動輥的圓心連接上，即O1O2方向；洗滌動輥軸承所受載荷，均來自于反作用力F2。由圖3可知，單側洗滌動輥受到的反作用力F2的計算見式（1）。

經計算可得F2=394.19 kN。即洗滌動輥單側軸承受到動載荷為394.19 kN，每種型號的軸承，均有其所能承受的額定動載荷和額定靜載荷，洗滌動輥使用軸承型號為22216EK，其額定動載荷為243 kN，額定靜載荷為270 kN。通過計算分析可知，洗滌動輥軸承22216EK 在紙機實際運轉過程中，承受過大載荷是導致其異常損壞失效的主要原因。

針對洗滌動輥軸承22216EK 頻繁出現異常損壞失效情況，通過計算找出其異常損壞失效原因，紙機維修設備工程師及維修班組通過商討研判，在紙機停機檢修時，決定對洗滌動輥軸承及軸承座加以改造，在不改變洗滌動輥軸頭直徑的前提下，準備將22216EK 軸承更換為22316CAK/W33 軸承。22316CAK/W33軸承的額定動載荷為540 kN，額定靜載荷為565 kN，可承受紙機正常運轉時氣胎加壓載荷，同時不必更改洗滌動輥軸頭直徑，只需設計更換一套合適的軸承座即可。適配22316CAK/W33 軸承的軸承座根據軸承尺寸提前制作，停機后便可直接給洗滌動輥更換，節約停機時間。目前，改造后的洗滌動輥22316CAK/W33軸承已通過8個月的上機作業，至今22316CAK/W33 軸承運轉良好，未出現異常損傷失效等問題。

4 結 論

本文針對企業紙機洗滌動輥軸承在一段時間內頻繁出現內部保持架異常失效問題，針對此種情況找出洗滌動輥軸承22216EK失效原因存在以下4點：①軸承潤滑不足；②軸承裝配不當；③雜質進入軸承；④軸承負載過大。通過有針對性地逐條原因分析，并建立洗滌動輥受力分析模型，研究洗滌動輥軸承失效原因。通過合理分析，找出洗滌動輥負載過大是軸承22216EK異常損壞的主要原因。通過在紙機停機檢修期間，更換洗滌輥軸承為22316CAK/W33后，洗滌動輥軸承異常失效問題得到有效解決。說明本文對洗滌動輥軸承異常損傷失效原因分析的正確性；驗證了對洗滌動輥受過大載荷理論計算的合理性，及通過停機改造，更換軸承型號和軸承座的整改措施的有效性。

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（責任編輯：宋佳翼）