浆板机网压部轴承失效综合症象及减缓措施

于善坤

(安德里茨(中国)有限公司,广东佛山,528000)



·轴承失效·

浆板机网压部轴承失效综合症象及减缓措施

于善坤

(安德里茨(中国)有限公司,广东佛山,528000)

摘要：通过对轴承座振动频率,轴承微观组织,新旧油脂颜色、水分、有机物成分、金属元素含量分析研究,获得了浆板机网压部圆锥滚子轴承失效综合症象。主要表现为：振动频谱图异常、油脂的表观颜色异常、水分含量增加、金属元素Fe、Zn和Li含量增加、有机物成分变化；可通过润滑油脂、轴承安装间隙和其密封材料的合适选用,避免两不相溶的油脂合用等措施来减缓轴承的失效。

关键词：浆板机；圆锥滚子轴承；失效特征；振动；密封

在浆板机网部及压榨部的辊子中,为了适应高载荷、高温及潮湿的环境，广泛应用调心圆锥滚子轴承,但在轴承运转的有效寿命中,常常发现轴承较短时间内会发生轴承内圈断裂、剥离、腐蚀等失效现象,导致生产线不能高效运转,而且维修成本过高。因此分析实际过程中轴承失效征象及其可能的原因,对所用圆锥滚子轴承进行失效预防和日常维护,以减少运行过程的故障、提高使用寿命、增加运行效益,具有十分重要的现实意义。

1实验材料及方法

以某浆纸厂的浆板机网压部圆锥滚子轴承失效为研究对象。该浆板机网压部辊子布置如图1所示。

(1)轴承运行环境及在线状态监测

轴承运行状况：辊子所承受线载荷4~70 kN/m,设计车速250 m/min,周围环境有大量水气,调试及运行时间为1年,轴承座的温度为42~47℃,油杯有大量油脂,利用SKF的Microlog Analyzer便携式数据采集器/FFT频谱分析仪监测轴承座的振动。

(2)轴承失效图

拆卸轴承座后,失效状态下轴承及油脂模式如图2所示。

(3)金相显微镜及硬度计对失效轴承微观检测

(4)油脂的测定

图3所示为新旧油脂情况。图3(a)为新油脂,呈黄褐色,图3(b)和图3(c)分别为图1中F1位置传动侧轴承油杯内的油脂和C6位置操作侧轴承油杯内的油脂,呈黑色。采用卡尔费休法测定其水分,利用ICP分析方法测定其金属元素含量,采用油脂红外光谱(FT-IR)分析其有机物成分变化。

图1　浆板机网压部辊子布置图

图2　失效状态下轴承及油脂模式

图3　新旧油脂

2结果与讨论

2.1振动频谱图分析

图4和图5分别是图1中F1位置传动侧型号为FAG的22338-E1-K-C3和C6位置操作侧SKF的22320EK-C3的振动频谱图。F1处转频为0.7 Hz,轴承外环故障频率BPFO为4.48 Hz,内环故障频率BPFI为5.95 Hz。在图4检测频谱中,一系列谐波频率与外环故障频率的倍频率相吻合,表明轴承22338CCK外圈出现损伤,这与检查外圈损坏结果相符合；C6位置处转频为1.13 Hz,轴承外环故障频率BPFO为7.46 Hz,内环故障频率BPFI为10.77 Hz。从图5可看出，一系列谐波频率与轴承22320EK内环及外环故障频率的倍频基本符合,且谐频的峰值较大,表明轴承损坏严重,与检查内圈断裂结果相符合。

2.2轴承失效宏观分析

图2(a)表明，滚动体表面油脂严重乳化,表明油脂的抗水性能不好及过多的水分进入油脂,使油脂乳化,油脂乳化后润滑性能变差,会使得轴承润滑不足,滚动体与滚道直接金属接触而产生应力和微裂纹,发展成微小的剥落点,随着轴承滚动体不断地碾压滚道,肉眼可见剥落点出现[1],见图2(b)。图2(c)呈现轴承内圈断裂,可能是由于润滑油脂的性能变差和安装后轴承游隙过小及辊子轴向力综合作用导致内圈应力过大造成断裂。

图4　下网驱动辊传动侧轴承振动频谱图(F1)

图5　靴压导辊操作侧轴承振动频谱图(C6)

2.3失效轴承材料金相组织及硬度分析

图6为轴承外圈材料金相显微组织图。从图6可以看出，轴承材料组织为贝氏体1级,硬度为(58.5+58.2+58.2)÷3=58.3HRC，符合JB/T 1225—2001中等温淬火后的贝氏体1~3级及硬度58~62HRC组织力学性能要求。

图6　轴承材料显微组织(×500)

图7　新旧油脂FT-IR分析图

2.4轴承新旧润滑油脂分析

润滑对滚动轴承的疲劳寿命和摩擦、磨损、温升、振动等有重要影响。没有正常的润滑,轴承就不能工作,因此,轴承的良好润滑是减小轴承摩擦和磨损的有效措施。除此之外,轴承的润滑还有散热、防锈、密封、缓和冲击等多种作用。总之,选择合适的润滑剂极为重要,选用时应考虑工作条件及油脂的质量指标[2]。

2.4.1油脂水分分析

新旧油脂水分如表1所示。从表1可以看出,新油脂的水分含量为0.05%,符合油脂的特性,但在图1中F1位置及C6位置的油脂内水分远远超出油脂所含的水分。表明油脂的抗水性能不好或轴承密封性不好,油脂中进入大量水分降低了其润滑性能,导致轴承由滚动变为滑动,诱使轴承失效。

表1　新旧油脂水分含量　%

2.4.2油脂金属元素含量分析

新旧油脂金属元素含量如表2所示。从表2可以看出,旧油脂中Fe、Zn、Li的含量较大,轴承失效后,轴承内外圈及滚珠摩擦,疲劳腐蚀造成大量的Fe、Zn元素进入油脂中；油脂按照稠化剂命名的主要有钙基、锂基、聚脲滑脂，主要成分为Ca、 Li,旧油脂中Li的含量大幅增加,表明轴承在润滑过程中可能混合其他油脂。

表2　新旧油脂的金属元素含量　%

2.4.3油脂有机物分析

图7为新旧油脂的FT-IR分析。从图7可以看出,新油脂和旧油脂较大区别在于1562 cm-1处附近,旧油脂出现较大波峰,证明油脂中混入其他元素。结合金属元素含量分析,证明不同类油脂的混合,导致两者之间进行化合作用,产生新的化合物,或密封材料与混合油脂不相容,导致密封材料成分溶入到油脂中。

3结论

3.1浆板机网压部轴承失效症象宏观表现为轴承座的振动频率及油脂颜色存在异常,油脂严重乳化,内圈断裂,滚道体出现剥落；微观表现为轴承材料微观组织正常,但油脂中水分、Zn、 Fe 及Li含量增加并且有机物的含量有所变化。

3.2针对浆板机网压部轴承失效症象,应采取减缓失效措施，选用黏度较高,极压性能好,抗乳化能力强,氧化安定性好,锥入度较小的润滑脂并且避免两种不相溶润滑脂混合对圆锥滚子轴承润滑；轴承盖与轴承座及轴头之间要选用与润滑脂相溶性密封件材料密封,避免水气及密封材料老化进入轴承座内,降低油脂的润滑性能；根据轴承安装说明安装圆锥滚子轴承,并检查安装前后轴承游隙,满足游隙要求。

参考文献

[1]ISO15243： 2004. Rolling bearings-Damage and failures-Terms, characteristics and cause[S].

[2]Machine design handbook committee. Machine design handbook[M]. Beijing: China machine design press, 2004.

(责任编辑：马忻)

Failure Syndrome and Countermeasure of Cone Roller Bearings at Wet End in a Pulp Drying Machine

YU Shan-kun

(Andritz(China)Ltd.,Foshan,GuangdongProvince,528000)

(E-mail: yushankun123@163.com)

Abstract：The failure characteristics of cone roller bearings at wet end in a pulp drying machine were obtained through the test of vibrations of bearing houses, the observation of microstructure of bearings and the analysis of the new and old lubrication grease such as color,water content,metal content,and organic content. It indicated that the vibration spectrum and grease color were abnormal; the water content and the Fe, Zn & Li contents of grease increased and organic contents were changed. Some measures could be taken to slow down bearings’ failure, it includes to use appropriate greases, installation bearing clearance and sealing materials, and the mixture of incompatible greases is avoided.

Key words：pulp drying machine; cone roller bearings; failure characteristics; vibration; sealing

收稿日期：2014- 09- 15(修改稿)

中图分类号：TS7;TG1;TH17

文献标识码：A

文章编号：0254- 508X(2015)01- 0052- 04

作者简介：于善坤先生，工程师；主要从事造纸机械设备制造过程的质量控制及管理方面的工作。