安钢扇形段轴承使用寿命提高的措施浅析

供稿|李敏， 庞少伟， 王运方/ LI Min， PANG Shao-wei， WANG Yun-fang

扇形段轴承是机械设备使用较为普遍的一种机械基础件，它通用性强、标准化、系列化程度高。受安钢第二炼轧厂工作条件的影响，扇形段轴承使用寿命严重低于其平均寿命，每一次大、中、小修，轴承更换频率都非常高。不仅增加了生产成本，同时降低了生产效率。

扇形段轴承使用寿命的概念

在一定载荷作用下，轴承在出现点蚀前所经历的转数或小时数称为轴承寿命。扇形段轴承使用寿命是指扇形段轴承在实际的服务条件下(包括工作条件、环境条件和维护保养条件等)，能持续保持满足铸机要求的工作性能和工作精度的最长服务期限。

根据最新扇形段轴承疲劳寿命理论，一只设计优秀、材质卓越、制造精良且安装正确的轴承，只要其承受的负荷足够小(不大于该轴承相应的某个持久性极限负荷值)，则该轴承材料将永远不会产生疲劳损坏。该理论重大意义不仅在于它提供了一个比ISO寿命方程更为可靠的预测现代轴承寿命的工具，而且在于它展示了扇形段轴承的疲劳寿命有着极大的开发潜力，并展示了开发这种潜力的途径，因而对轴承产品的开发、质量管理和应用技术有着深远的影响。但上述轴承的无限期运转理论仅对理想条件下才可能“实现”。现场使用的轴承，工作负荷往往具有不稳定性，工作环境也难免会存在污染问题，再加上安装误差、润滑方面考虑不周、外部异物侵入等因素，致使现场使用的轴承或多或少不能具备上述理想条件，而其中任何一个条件稍有不足，都会缩短轴承的可用期限，这就产生了轴承的寿命问题。

安钢第二炼轧厂扇形段轴承使用寿命现状分析

以安钢第二炼轧厂2#、3#连铸机使用轴承为例，现在扇形段使用6种NSK(一种日本进口轴承的品牌)的调心辊子轴承。连铸机扇形段支承辊达到通钢量要求(扇形段1～6段的下线标准是通钢量达到40万t，扇形段7～8段的下线标准是通钢量达到50万t，扇形段9～12段的下线标准是通钢量达到60万t)，正常下线后必须对框架和支撑辊进行维修和修复，其中最重要的一项就是检查和清洗轴承。现场统计显示，平均一个到期的扇形段轴承报废量达70%以上，也就是说在扇形段上的一盘新轴承的平均寿命为9～10个月。另外，由于现场工作环境的恶劣，有不少扇形段还不到期就由于轴承在线损坏而下线。

影响扇形段轴承使用寿命的主要因素分析

结合生产实践，通过对安钢第二炼轧厂扇形段轴承使用状况分析，其故障及失效通常与润滑、装配不当以及诱发因素有关。其中80%以上是由于润滑与装配不当而导致过度磨损；10%左右由于现场诱发因素导致轴承损坏；只有10%才是由于轴承达到疲劳极限或设计寿命而失效。

分析扇形段轴承过度磨损而导致报废的原因可知，通常是因为轴承磨损使得轴承的工作游隙过大，导致主机的轴系统运转精度下降，引起噪声和振动，给主机带来附加的冲击负荷。而轴承本身的内部应力也随之增高，以致轴承不能承担其预定的工作而失效。实际使用中轴承磨损失效常是轴承报废的最主要原因，特别是对于在污染严重的环境中(炼铁厂、炼钢厂、烧结厂、焦化厂等)工作的轴承、高速运转的轴承、承受冲击负荷的轴承，以及高刚度主轴轴承等，大都因磨损而失效。而且，各种扇形段轴承本身就存在着不同程度的滑动因素，安装不对中、配合过松或过紧， 游隙选择不当等，都会使轴承中的滑动因素成为显因。此外，轴承制造厂对轴承产品清洁度保证，工人师傅在清洗、安装和施加润滑等过程中对轴承清洁度的保证，以及润滑剂供应者对润滑剂本身清洁度的保证等任一环节如有疏忽，都可能使轴承遭受污染。进一步分析扇形段轴承润滑的基本目的，它是利用润滑膜层将相对运动的扇形段表面最大限度、尽可能持久地彼此隔开，以保证在轴承的预定工作寿命期间内，不致因磨损发展过度而导致失效。附加目的是力求减少滑动接触部位的摩擦、防止锈蚀和散发热量，通过润滑膜层减缓轴承的振动和噪声。再结合安钢第二炼轧厂设计的特点，可知扇形段轴承装配不当是造成润滑膜层不均匀的关键因素，也是造成不均匀磨损的最直接原因。并且近代制造的扇形段都将扇形段轴承的寿命、动态性能和传动效率等各种参数也都与润滑联系起来，研究如何提高扇形段轴承的润滑效能是提高其使用寿命的最直接方法。所以我们认为安钢第二炼轧厂扇形段轴承的保洁、正确润滑与装配是提高安钢第二炼轧厂扇形段轴承使用寿命的最关键因素。

提高扇形段轴承使用寿命的方法

扇形段轴承的润滑效能是指在其使用过程中润滑剂润滑的效果与能力。根据上述分析，我们在其使用过程中，针对扇形段轴承的润滑效能问题采取了以下方法，取得了较好的效果。

安装前

为保证安装质量，一是确保扇形段轴承绝对清洁，即安装前应将其保存在原来的包装中；二是搬运时避免摇动和振动，防止破坏轴承的机械性能；三是轴承应水平保存，特别是有些较重的轴承长时间竖直放置后，会由于自身的重量而变形；四是对于涂有油脂的(或密封的)轴承需特别小心，搁置时间应按先进先出的原则来控制。因为油脂经过长时间存储后密度会改变，当轴承第一次使用时，会有一定程度的转动噪音。

安装与拆卸时

不要在扇形段元件上施加安装力，这很容易导致扇形段元件和座圈接触面的局部超载，从而导致轴承的过早失效；

确保场地清洁，特别是在夏季，避免强力风扇正对维修现场；

使用合适的工具，禁止使用任何硬的工具(如锤子、起子等，实际工作中我们见过太多使用这两种硬工具安装和拆卸。)直接敲在轴承表面，这会导致轴承环的断裂或破碎；

校核传动轴的轴承位和轴承座孔直径尺寸，以及轴承及轴的同轴度情况，特别是大型设备，局部微小误差也会造成轴承及轴的强烈磨损；

一般扇形段轴承不会从设备上拆下来，只有较大的轴承才会因预防性维护而需要拆卸。拆卸过程中，必须使用正确的工具，确保相邻的部件没有损坏；

试车前一定要检查轴承安装的紧固度、同轴度和定位情况，并确保旋转的灵活性。

使用及维护

定期对轴承进行再润滑。正确适当的再润滑非常关键，润滑剂可以隔离轴承表面，从而减小摩擦，保护金属部件以及防止污染和杂质。但是在使用过程中，由于温度、振动、密封等因素的影响，润滑剂会不同程度的流失与失效。为此，必须注意，一是要选择合适的润滑剂。目前润滑剂种类繁多，选择时一般要选用轴承厂家推荐的扇形段轴承润滑剂，否则会严重降低其使用寿命；二是要定期对轴承进行再润滑，因为扇形段部件的相互配合工作，轴承润滑剂经受着长久的机械压力，尤其是长时间在高温、潮湿或受到污染的环境中，润滑剂的化学性质会有所改变，这些都会导致润滑质量下降，因此定期对轴承进行再润滑是非常必要的。

轴承更换。只能使用与原来的尺寸、种类和精度相同的新轴承进行替换。对于一般部位，扇形段轴承可直接用外形尺寸相同，内部结构属于同一类型的国产轴承代用。对于较为重要的部位，国外轴承的代用需要从应用技术方面作充分考虑，最好是将拟代用轴承的全部运转技术参数和环境条件，以及轴承的安装部位图纸，交由扇形段轴承专业部门提出代用意见。最好在国外机器进口之后，立即考虑轴承代用问题，并向扇形段轴承专业部门提供国外轴承的样品，以供研究代用问题时参考。但必须注意到，各个国家轴承产品在精度储备、材质、摩擦阻力及发热、噪声与振动品质、负荷承载能力等都可能有所差异，在该部位应用时所采用的配合与游隙等也可能有所选择，如这些细微问题考虑不周，就有可能导致代用后功能达不到要求，甚至造成轴承以至主机的故障。例如在某台进口精密设备中，主轴采用成对角接触球轴承以预负荷方式安装，当用对应型号的国产轴承代用时，发现开机后不久轴承即由于烧伤而损坏，后经扇形段轴承专业人员检验分析，认为国产轴承在结构先进性和制造精度方面都与进口设备原装轴承相当，只是原装轴承在成套后采取了磨合运转处理，因此摩擦温升较小，在以预负荷方式安装于主机后，轴承处于微小负游隙状态而可能获得最佳寿命和较好的刚性，由于摩擦温升小，开机后轴承温度在达到平衡后仍能维持此微小负游隙至合理程度，保证主机在最佳状态下持续运转。由于国产轴承的摩擦温升较高，主机运转后因温升而使轴承负游隙增大，从而加剧了温升，轴承温度不能达到平衡而持续上升，使轴承负游隙持续增大，以致轴承因烧伤或卡死而失效。针对这一情况并采取相应措施后，轴承代用问题获得成功。此外，当进口机器中的原装轴承品种较特殊，而且无备用扇形段时，尤其需要及早考虑代用问题，万勿在轴承使用至破碎，甚至型号都无法辨认时才向扇形段轴承专业部门咨询，这样会造成很大的困难。

结束语

基于滑动轴承的工作状况和安钢第二炼轧厂扇形段轴承使用寿命的分析，考虑采用动压扇形段轴承是否可行，以此保证扇形段轴承的良好润滑状态。

轴承结构设计。在扇形段轴承外圈径向设计一个进油的润滑油孔，外部与轴承座油孔相通，内侧通入外圈内表面即可，其他结构借鉴密封轴承的设计原理，以提高密封效果增加压力油使用率为目的。

压力油来源。与设备润滑系统使用同一供油系统，当润滑系统供油压力较低时，可采用适当方法进行改进，如提高泵供压力或采用增压缸，具体采取哪种方法需认真核算成本。

油路循环。从轴承外圈径向开一个润滑进油孔，通入扇形段轴承外圈内表面，依靠油压进入摩擦部位，回路油液与其他润滑油一起流回油箱，当然该进油孔必须与轴承座上的润滑油孔相对应。