油液分析在冷轧轧辊轴承故障诊断中的应用

何伟楚，赵畅畅，杨智宏

（广州机械科学研究院有限公司，广州510530）

油液分析在冷轧轧辊轴承故障诊断中的应用

何伟楚，赵畅畅，杨智宏

（广州机械科学研究院有限公司，广州510530）

某冷轧板厂使用新配方轧制油后，冷轧轧辊轴承烧毁的频率增大。将新配方轧制油按不同比例与轴承润滑脂进行了混兑试验，结果表明轧制油对润滑脂的防腐性和胶体稳定性产生较大影响，是轴承烧毁的主要原因。

油液分析；轧辊轴承；预防维修；故障诊断

1 故障现象

某冷轧板厂连轧机组使用的4辊轧机结构如图1所示，轧辊圆柱滚子轴承采用2#锂基脂润滑，正常使用寿命一般在1500 h以上[1]，由于工艺原因，该轴承在运行过程中会混入少量的轧制油，但自投产以来设备一直运行正常。

2014年10月该公司采购了一批新的轧制油，该批次的挥发油进行了产品升级，优化了轧制油的挥发性能，但自从使用新的轧制油以后，连轧机组冷轧轧辊轴承故障烧毁的频率明显增大，故障轴承的在线时间仅不到80 h，个别轴承甚至35 h就出现轴承润滑脂烧干的现象而不得拆换下线。对拆下的轴承进行观察发现，轴承润滑脂普遍出现干涸现象（图2），滚柱上边缘有高温加热的痕迹（图3），部分轴承滚道上出现点蚀现象。

图14 辊轧机结构示意

2 诊断方案

2.1 故障原因初步判断

从故障的特征表现，初步判断轴承烧毁的原因可能有以下2个方面[2]：（1）新润滑脂性能不合格；（2）新配方轧制油影响了润滑脂的性能。

2.2 诊断方案

根据故障原因的初步判断，制定以下诊断方案[3]。

（1）对轧辊轴承用新润滑脂进行全面分析，评价润滑脂是否合格。检测项目见表1。

（2）采用热混兑方法，模拟现场逐步升温至80℃[2]、搅拌状态下，将润滑脂和轧制油分别按照9∶1，5∶5的比例进行混兑，对混兑后的样品按表2所示的项目进行检测，评定轧制油对润滑脂性能的影响。

3 检测数据分析

3.1 润滑脂检测结果分析

润滑脂检测结果见表3，其各项指标符合GB/T 7323-2008 2#极压锂基润滑脂的国家质量标准[4]。

3.2 混兑试验测试结果及分析

图2 轴承润滑脂干涸

图3 滚柱边缘受到高温加热

表1 润滑脂检测项目及意义

3.2.1 铜片腐蚀

将轧制油加入润滑脂中充分混兑后，观察混合物的铜片腐蚀性能（100℃，24 h）。

表2 混兑后样品检测项目

表3 润滑脂检测结果

（1）没有轧制油时，铜片腐蚀等级为1b，此时铜片颜色不变，试验后的润滑脂颜色与新脂无异（图4）。

（2）当油脂比例为1∶9时，铜片腐蚀等级为2a，此时铜片基体颜色不变，表面局部变黑，试验后的润滑脂颜色较新脂加深（图5）。

（3）当油脂比例为5∶5时，铜片基体颜色不变，铜片腐蚀等级为3b，此时铜片表面变黑，局部有变紫现象，试验后的润滑脂已经变成黑色（图6）。

试验结果表明，轧制油与润滑脂混兑后，一方面影响润滑脂的防腐性能，另一方面会导致润滑脂氧化颜色加深，且轧制油比例越高，铜片的腐蚀程度和润滑脂氧化程度越深。

3.2.2 最大无卡咬负荷PB

最大无卡咬负荷检测结果见表4，测试结果显示，轧制油与润滑脂按1∶9和5∶5比例混合后，混合样的PB结果无变化。

3.2.3 烧结负荷PD

烧结负荷检测结果见表5，烧结试验表明，轧制油与润滑脂按1：9和5：5比例混合后，混合样的PD值与比混合前润滑脂相比略有降低。

3.2.4 蒸发量

蒸发量检测结果见表6，测试结果显示，轧制油与润滑脂按1∶ 9混合后，混合样的蒸发量与润滑脂相比明显变高，表明混入轧制油对润滑脂的蒸发量产生影响，会加速润滑脂中基础油的蒸发。

图4 试验1

图5 试验2

图6 试验3

表4 轧制油与润滑脂混兑后最大无卡咬负荷检测结果 N

表5 轧制油与润滑脂混兑后烧结负荷检测结果 N

表6 轧制油与润滑脂混兑后蒸发量检测结果 %

3.3 故障分析

轴承在运行过程中会不可避免地混入轧制油，轧制油的性能会对轴承润滑脂产生一定的影响。混入轧制油后，润滑脂的抗腐蚀性能和极压抗磨性能下降，这一方面会导致轴承表面金属腐蚀，另一方面会导致油膜强度降低，引发疲劳点蚀[5]。

此外，混入轧制油后润滑脂蒸发损失增加，一方面与混油有关，轧制油混入润滑脂后，对润滑脂进行了稀释，使得润滑脂的胶体结构被破坏，高温高压下，润滑脂中的部分基础油更容易析出流失，导致润滑脂变干[6]；另一方面与轧制油的挥发性有关，轧制油在经过配方改良后，挥发性得以提升，当润滑脂中混入轧制油后，基础油的挥发性受到影响，即提高轧制油挥发性的因素同样也提高了基础油的挥发性，在轴承运行时，润滑脂中的基础油在高温下加速挥发，并在金属的催化作用下加速氧化，使得轴承润滑脂短期内干涸变硬，失去润滑作用，最终导致轴承烧毁。

4结论

（1）润滑脂中混入轧制油会降低润滑脂的防腐性和极压抗磨性能，并对润滑脂的胶体稳定性和基础油挥发性能产生影响，不仅会使轴承表面出现腐蚀和点蚀，还会使润滑脂变稠变硬，失去润滑作用，这是导致该起故障的主要原因。

（2）轧制油配方更新，挥发性提高是导致该起事故的重要原因，实际应用中，润滑系统中某一因素的改变都可能导致润滑失效，制定合适的分析方案模拟现场运行，可以有效地对设备润滑情况进行评估。

［1］黄庆学，陈占福.轧机轴承与轧辊寿命研究及应用[M].北京：冶金工业出版社，2003.

［2］黄志坚.轧机轧辊与轴承使用维修技术[M].北京：冶金工业出版社，2008.

［3］汪德涛，林亨耀.设备润滑手册[M].北京：机械工业出版社，2009.

［4］中国石油化工股份有限公司科技开发部编.石油产品国家标准汇编[S].北京：中国标准出版社，2005.

［5］杨国安.滚动轴承故障诊断实用技术[M].北京：中国石化出版社，2012.

［6］黄文轩.润滑剂添加剂性质及应用[M].北京：中国石化出版社，2012.

〔编辑李波〕

TG333.17

B

广东省科技计划项目（2015A040404012）；黄埔区应用基础研究专项（20150000653）。

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.12.49