卷取机下夹送辊传动侧轴承损坏事故分析

佟华君，朱剑辉

（宁波钢铁有限公司，浙江宁波 315807）

0 事故现象

0.1 A次事故2#下夹送辊传动侧轴承事故现象

事故时未发现轴承座有较大温度升高现象（无冒烟现象），在发生事故前，电机电流未发现明显异常，事故时电机电流明显提升。下机检查，发现传动侧轴承卡阻，操作侧正常。从拆开的传动侧盖板可以看到油脂较为充沛，无变色（图 1）。

进一步拆卸轴套露出轴承后，发现轴承已完全损坏，保持架断裂、部分滚动体碎裂，靠传动侧外圈下半部分断裂分体，靠操作侧外圈有贯穿裂缝（图2）。

内滚动面严重剥落（图3），损坏轴承型号24140CC/W33 SKF（标准游隙）。

A次事故轴承外圈上断裂标记（图4）。

图1 A次事故润滑状况

图2 A次事故轴承外圈状况

图3 A次事故轴承内圈状况

图4 A次事故轴承外圈上标记

0.2 B次事故1#下夹送辊传动侧轴承事故现象

下机温度较高，传动侧轴承座外部温度200℃以上，下机检查发现传动侧轴承座卡死，操作侧正常，拆卸端盖看到大量泥状物资和一团条状金属物（图 5）。

进一步拆卸下轴承，可以看到整个轴承充满泥状物，几乎没有间隙，轴承内外圈、保持架外形基本完好，靠操作侧内圈有犁沟状掉肉，基本和发现的条状金属物体积吻合。部分滚动体磨出平台（图6）。损坏轴承型号24140CAME4C3S11

NSK（C3游隙，S11表示该轴承最高运行温度为200 ℃）。

1 事故原因分析

1.1 对A次事故可能损伤的原因分析

调心滚子轴承具备调心性，及良好的径向承载能力。但从结构上看，因滚动体的表面凸度与外圈滚道面的曲率半径不同，所以滚子与外圈滚道面在滚动时会出现的“差动打滑”→在外圈的滚道面容易出现“双峰状磨损”→剥落→破裂或断裂的损伤（图7）。此类损坏，磨损类型基本为粘着磨损。

从轴承损坏情况看，磨损基本属于粘着磨损，符合该类型损坏方式的特征，内圈、剥落面较深，有疲劳损坏的明显痕迹。但该轴承使用记录为8000 h，以往同样使用时间的轴承均未发现如此严重的疲劳损坏。据此分析可能存在2种情况。

（1）夹送辊修复时未更换新轴承，仍使用旧轴承，导致使用时间过长，发生严重疲劳磨损导致事故。

（2）轴承装配问题，导致使用寿命变短。如过盈量过大，温度上升时失去有效游隙等。

图5 B次事故轴承座开盖状况

图6 B次事故轴承状况

图7 调心滚子轴承差动打滑导致的磨损特性

对于原因（2），从外圈滚道面磨损痕迹看（靠操作侧未破裂部分），基本可以排除无有效游隙的可能性，原因（1）的可能性较大。该辊操作侧轴承为NSK 24140CAME4C3S11（C3游隙），这种情况与交付给修复方更换的轴承情况有出入，因夹送辊外出堆焊修复时，由用户提供新轴承更换旧轴承，旧轴承随修复好的夹送辊一同返回，用户方每次修复夹送辊时，同批次均提供的是同样品牌型号的轴承，而此次出现2种轴承品牌，可能是未更换新轴承。另外该轴承为标准游隙，为设备制造厂原设计的游隙，实际使用中，发现存在运行温度偏高的情况。现场实测标准游隙的夹送辊前辊道轴承座温度和C3游隙的夹送辊轴承座温度，辊道轴承座温度比夹送辊轴承座温度高（20～30）℃。从2014年起，新购NSK轴承均为C3游隙。此次事故后，会同NSK工程师及SKF工程师就用户目前夹送辊工况条件下相对安全的工作游隙进行计算，一致认为标准游隙用在此处偏小，应选用C3游隙。另外，从两端外圈磨损痕迹看，轴承实际存在偏载情况，即存在单向过大的轴向力（图8），仍需要从设备上着手分析可能性。

图8 径向载荷很不均匀

1.2 对B次事故可能损伤的原因分析

从现象分析，该轴承保持架基本完好、外圈辊道表面无明显剥落痕迹，存在大量黑色粒状物质。根据经验，这些黑色粒状物质应该是碳化的油脂（无法确定是否含其他杂质），油脂碳化至少需要250℃以上的高温，说明该轴承运行温度至少达到了250℃，这已经远高于该轴承承受温度的极限（NSK人员介绍该轴承承受的最高温度为200℃）。产生高温的原因可能有3个：①润滑不良，如润滑不足或过分润滑，润滑油质量不符合要求、变质或有杂物进入。②轴承异常，如轴承异常损坏，造成滚动体卡阻失效。③轴承装配问题，如与轴配合间隙过大或过小，造成轴承转动失效，滚动摩擦变成滑动摩擦，引起高温。逐条分析3个原因。

（1）实物状态表明不存在缺油可能，但润滑油脂偏多，虽造成轴承损坏的可能性较低，但会成为轴承运行温度高的原因之一。异物进入的可能性也存在，轴承座外侧仅采用间隙密封，但径向间隙较大（2.5 mm）。

（2）轴承异常可能性较低，因从外观上可见轴承内外滚道面、滚动体、保持架均完整未发现异常。

（3）轴承是否存在装配问题。因该轴承轴上的配合面咬合严重，已无法通过直径测量等方式确定其是否正确。与NSK工程师一同根据工况条件，理论计算轴承安装要求的相应最小过盈量，得出该轴承内圈与轴安装的配合需要0.027 mm以上的过盈量，才能保证在最大2000 kN径向力下安全运行。如果过盈量过低，会造成内圈打滑、轴承温度快速上升、润滑失效使轴承抱死。

经上述分析可得出2个轴承损坏的主要原因：①润滑问题，油脂过多或进入杂质，造成轴承高温运行。②配合过盈量偏小，内圈打滑，造成轴承温度上升抱死。

2 整改及预防措施

（1）规范夹送辊轴承的使用，游隙统一使用C3游隙。使用轴承型号：24140CAME4C3S11 NSK。轴承内孔配合轴公差带m6，轴承座内孔公差带H7（此公差配合是根据用户方工况，计算出的较为合适的公差范围）。

（2）对原设计间隙密封进行修改，密封环径向间隙由2.5 mm改小到1 mm（直径上5 mm改为2 mm）。

（3）有效控制夹送辊装配环节，确保夹送辊按规范要求装配、旧轴承得到更换。可以有2种方法：①加强对夹送辊修复厂家装配过程的控制和检查。②夹送辊的装配由用户自行装配，现场配备必要的工具和设备（轴承加热器、液压拉马等），进行必要的人员培训。

（4）规范夹送辊的给油脂和在线补油作业，确保润滑油有效可靠且不会引起温度升高。

（5）夹送辊在线使用时间达到4000 h，应进行拆卸清洗维护。

要实现不出厂维护，夹送辊应具备方便拆卸的条件，而原设计（图9）夹送辊传动侧法兰配合为过盈配合（H7/P6）且配合长度200 mm，在现场较难拆卸。针对此情况，修改原设计，采用胀紧套和键结合的方式（图10），配合改为H7/h6。

图9 原传动侧法兰

图10 新传动侧法兰