什么是油膜軸承？常見的故障分析及解決方法
什么是油膜軸承？常見的故障分析及解決方法
- 2021/11/17 14:59:38
現(xiàn)代軋機(jī)的主要特征是大型、高速、重載、連續(xù)、自動(dòng)，現(xiàn)代大型軋機(jī)特別是具有板型、板厚自動(dòng)控制的大型板、帶材連軋機(jī)大都采用油膜軸承，應(yīng)用在軋機(jī)上作為工作輥軸承或支承輥軸承的稱做軋機(jī)油膜軸承，這類軸承基本上屬于低速重載、中速中載或重載軸承。軋機(jī)油膜軸承是油膜軸承中承載最大的軸承之一。
油膜軸承的種類繁多，用途十分廣泛，像汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)組、球磨機(jī)、風(fēng)機(jī)軸承、天文、航空、航天設(shè)備使用的軸承等等。
油膜軸承主要由錐套、襯套、止推軸承部分、密封系統(tǒng)、鎖緊系統(tǒng)等部分組成。油膜軸承有很多特點(diǎn)：承載能力大，抗沖擊能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)，速度范圍寬，結(jié)構(gòu)尺寸小，摩擦系數(shù)低。
一般軋機(jī)機(jī)械可分為軋鋼機(jī)和有色金屬軋機(jī)（主要是鋁材軋機(jī)和銅材軋機(jī)），按軋制產(chǎn)品又可分為線材軋機(jī)、型材軋機(jī)、帶材軋機(jī)、板材軋機(jī)（分寬厚板、中厚板、熱軋板、冷軋板）等。現(xiàn)今軋機(jī)使用的軸承主要有滾動(dòng)軸承和油膜軸承兩大類，根據(jù)軋機(jī)的不同性能和用途選用不同種類的軸承，一般軋鋼機(jī)和銅材軋機(jī)使用油膜軸承為主，鋁材軋機(jī)習(xí)慣使用滾動(dòng)軸承。
線材軋機(jī)粗軋和中軋機(jī)組以使用滾動(dòng)軸承為主，例如型鋼軋機(jī)和棒材軋機(jī)大多使用滾動(dòng)軸承。預(yù)精軋和精軋則是以使用油膜軸承為主。
帶材軋機(jī)目前國內(nèi)仍是以滾動(dòng)軸承為主，但因其承載低與壽命短等原因有逐步向油膜軸承發(fā)展的趨向。
板材軋機(jī)、一般中厚板軋機(jī)和熱連軋機(jī)都是使用油膜軸承，冷連軋機(jī)大部分使用油膜軸承，部分使用滾動(dòng)軸承，其中以日本冷軋機(jī)推行使用較多，西歐、美國、俄羅斯、中國等其它國家很少推薦使用滾動(dòng)軸承。
油膜軸承分類
油膜軸承按形成機(jī)理分為靜壓油膜軸承、動(dòng)壓油膜軸承和動(dòng)靜壓油膜軸承。
靜壓油膜軸承靠外部壓力形成純液體摩擦，因需要較為復(fù)雜的供油系統(tǒng)，應(yīng)用較少。它的工作原理是軸頸和軸承被外界供給的一定壓力的承載介質(zhì)完全隔開，從而減低軸頸和軸承間相對(duì)摩擦，介質(zhì)膜體的形成不受相對(duì)滑動(dòng)速度的限制，在各種速度（包括零速度）下，均有較大承載能力。根據(jù)介質(zhì)不同，靜壓軸承可分為液體靜壓軸承，氣體靜壓軸承。
動(dòng)壓油膜軸承基于流體的動(dòng)壓原理。旋轉(zhuǎn)的軸不斷地把具有一定粘度的潤(rùn)滑油帶人收斂的楔形問隙，由于潤(rùn)滑油在被軸卷吸人收斂的楔狀間隙的過程中受到壓迫，就產(chǎn)生了反抗力，當(dāng)在載荷方向動(dòng)壓力之和足以能平衡外載荷時(shí)，在軸與軸承之間就形成了一個(gè)完整的壓力油膜，使軸與軸承的表面脫離接觸，形成純液體摩擦。
動(dòng)靜壓混合軸承是一種既綜合了液體動(dòng)壓和靜壓軸承的優(yōu)點(diǎn)，又克服了其缺點(diǎn)的新型多油楔油膜軸承。它利用靜壓軸承的節(jié)流原理，使壓力油腔中產(chǎn)生足夠大的靜壓軸承載力，從而克服了液體動(dòng)壓軸承啟動(dòng)和停止時(shí)出現(xiàn)的干摩擦造成主軸與軸承磨損現(xiàn)象，提高了主軸和軸承的使用壽命及精度保持性；軸承油腔大多采用淺腔結(jié)構(gòu)，在主軸啟動(dòng)后，依靠淺腔階梯效應(yīng)形成的動(dòng)壓承載力和靜壓承載力疊加，大大地提高了主軸承載能力，而多腔對(duì)置結(jié)構(gòu)又極大地增加了主軸剛度；高壓油膜的均化作用和良好的抗振性能，保證了主軸具有很高旋轉(zhuǎn)精度和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。
軋機(jī)油膜軸承的潤(rùn)滑
油膜軸承是一種以潤(rùn)滑油作為潤(rùn)滑介質(zhì)的徑向滑動(dòng)軸承，其工作原理是：在軋制過程中，由于軋制力的作用，迫使輥軸軸頸發(fā)生移動(dòng)，油膜軸承中心與軸頸的中心產(chǎn)生偏心，使油膜軸承與軸頸之間的間隙形成了兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)叫發(fā)散區(qū)（沿軸頸旋轉(zhuǎn)方向間隙逐漸變大），另一個(gè)叫收斂區(qū)（沿軸頸旋轉(zhuǎn)方向逐漸減?。?。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的軸頸把有粘度的潤(rùn)滑油從發(fā)散區(qū)帶入收斂區(qū)，沿軸頸旋轉(zhuǎn)方向軸承間隙由大變小，形成一種油楔，使?jié)櫥蛢?nèi)產(chǎn)生壓力。
承載油膜又稱之為壓力油膜，它起到平衡負(fù)載、隔離軸頸與軸套，將金屬間的固體摩擦轉(zhuǎn)化為液體內(nèi)部的分子摩擦，將摩擦磨損降至最低限度.因而能在最大范圍內(nèi)滿足承載壓力、抗沖擊力、變換速度、軋制精度、結(jié)構(gòu)尺寸與使用壽命等要求。
將軋制壓力、軋制速度、軸承間隙和潤(rùn)滑油粘度四要素相匹配形成不間斷的穩(wěn)定承載油膜，實(shí)現(xiàn)液體動(dòng)壓潤(rùn)滑，以滿足軋機(jī)在不同運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的摩擦與潤(rùn)滑。所以油膜軸承潤(rùn)滑，常以下面三種形式表現(xiàn)：
起動(dòng)或停機(jī)時(shí)，盡管軸與軸承間有潤(rùn)滑油，但由于運(yùn)動(dòng)速度等于零或趨近于零，流體動(dòng)壓潤(rùn)滑尚未形成或逐漸消失，軸與軸承必然直接接觸，此時(shí)處于邊介潤(rùn)滑甚至是半干摩擦狀態(tài)。
軋機(jī)操作中.由于產(chǎn)生震動(dòng)或進(jìn)水過多或供油不足或油質(zhì)有問題都可能產(chǎn)生混合潤(rùn)滑。
軋機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常平穩(wěn)時(shí)，呈流體潤(rùn)滑。因此，油膜軸承的潤(rùn)滑特點(diǎn)是上述三種情況交替存在的混合潤(rùn)滑。
軋機(jī)油膜軸承潤(rùn)滑油特點(diǎn)
為適應(yīng)鋼鐵企業(yè)高速、重載、自動(dòng)化、大型化和高產(chǎn)的需要，解決軋機(jī)油膜軸承的潤(rùn)滑要求，滿足日趨苛刻的工況條件，對(duì)軋機(jī)油膜軸承所用的潤(rùn)滑油有了更高的要求。
軋機(jī)油膜軸承的潤(rùn)滑特點(diǎn)，決定了潤(rùn)滑油必須滿足其使用性能要求，方可保障軋機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和連續(xù)生產(chǎn)。因此，潤(rùn)滑油需具備以下性能：
優(yōu)良的粘溫性能（高粘度指數(shù)），在軸承溫度大幅度變動(dòng)時(shí)仍能實(shí)現(xiàn)各個(gè)潤(rùn)滑部位的正常潤(rùn)滑。
優(yōu)越的抗乳化性能（即分水性），在長(zhǎng)期使用中能迅速分離油中水份。
良好的抗磨及極壓性能，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)油中混入少量水分時(shí)，仍能形成油膜保持重載和抗磨性能。
良好的抗磨、防銹、抗泡沫性能，防止?jié)櫥到y(tǒng)產(chǎn)生銹蝕，阻塞油路、造成磨損和供油不足。
良好的氧化安定性、清洗性與過濾性，使?jié)櫥到y(tǒng)油路暢通，保證潤(rùn)滑正常。
軋機(jī)油膜軸承的常見故障及對(duì)策
油膜軸承結(jié)構(gòu)原理雖不很復(fù)雜，但是其制造精度要求高，對(duì)安裝、使用、維護(hù)的要求也非常嚴(yán)格。為此，油膜軸承的裝配、檢修、使用維護(hù)工作的好壞直接影響其使用效果和使用壽命，以及企業(yè)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)化大生產(chǎn)能否正常運(yùn)行。
從油膜軸承的失效形式來看主要有：
磨損、銹蝕、劃傷、片狀剝落、塑性流動(dòng)、龜裂、燒熔、規(guī)則裂紋、邊緣磨損。從現(xiàn)場(chǎng)油膜軸承易發(fā)生的故障來看，主要體現(xiàn)在以下方面：①漏油；②軸承進(jìn)水；③軸承發(fā)熱、燒損；④異常磨損。軸承的失效是造成軸承發(fā)生故障的重要因素
1、漏油
軋機(jī)油膜軸承漏油主要分為軸承本體漏油和聯(lián)接管件漏油。
（1）軸承本體漏油
軸承本體漏油現(xiàn)場(chǎng)主要表現(xiàn)在軸承密封處即或是軸承端蓋接合部，或是排氣孔部位漏油。
原因分析：①端蓋螺栓松動(dòng)。由于軋制時(shí)振動(dòng)較大，端蓋螺栓易被震松，造成端蓋松動(dòng)，形成漏油；②端面密封老化、破損造成漏油；③軸承油封損壞或裝配不到位。
對(duì)以上情況可以采取的對(duì)策是：①緊固端蓋螺栓并全部加彈簧墊，并在螺栓頭部鉆孔，用鐵絲穿孔對(duì)稱拉緊；②定期對(duì)密封進(jìn)行檢查更換；③對(duì)油封、水封、端面密封要裝配到位，不能有卡滯現(xiàn)象。
（2）軸承聯(lián)接管件漏油
軸承聯(lián)接管件漏油主要表現(xiàn)為：出油管、管接頭、排氣孔等處的滲漏現(xiàn)象。
原因分析：①進(jìn)出油管接頭未接好；②管接頭密封損壞；③油管破損；④回油不暢，造成排氣孔漏油。
處理、預(yù)防對(duì)策：①對(duì)進(jìn)出油口管接頭接好后進(jìn)行再確認(rèn)；②裝管接頭時(shí)要檢查密封使用情況并及時(shí)對(duì)老化、破損的密封進(jìn)行更換；③定期對(duì)進(jìn)出油管進(jìn)行在線運(yùn)行檢查；④對(duì)排氣孔進(jìn)行改造，將排氣孔從油管接頭處改至油膜軸承端蓋上側(cè)。
2、軸承進(jìn)水
軋機(jī)油膜軸承進(jìn)水從現(xiàn)場(chǎng)觀察主要是供油系統(tǒng)油箱液位增高：在沒有補(bǔ)充油品的情況下，說明冷卻水已大量滲入。并且從油箱排水口可以排出水。
進(jìn)水的主要原因是：①軸承回轉(zhuǎn)密封、老化破損，從而導(dǎo)致進(jìn)水；②排氣孔位置不合理，可導(dǎo)致在系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，回轉(zhuǎn)密封處出現(xiàn)輕微負(fù)壓從而進(jìn)水；③從油箱的蒸汽加熱管路或冷卻水的管路中進(jìn)水。
進(jìn)水后所產(chǎn)生的后果主要是造成維襯套的大量銹蝕報(bào)廢，降低油膜強(qiáng)度；減弱潤(rùn)滑油的脫水性能。縮短油品的使用周期。
針對(duì)以上情況可以采用的對(duì)策是：①對(duì)所有下機(jī)的軸承箱的水封進(jìn)行全面檢查更換；②對(duì)在線運(yùn)行的軸承箱進(jìn)行跟蹤，嚴(yán)密注意油箱的液位變化及每天油箱定時(shí)放水的時(shí)間和水量；③重新設(shè)計(jì)改造進(jìn)氣孔的位置及形狀。也就是將進(jìn)排氣孔從回油接頭處改至軸承箱端蓋上側(cè)，從而避免了在系統(tǒng)啟動(dòng)后由于進(jìn)出油口的壓力變化而影響軸承內(nèi)部的壓力。
3、軸承發(fā)熱、燒損
在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中，油膜軸承在某種異常情況下軸承會(huì)突然發(fā)熱，而且溫度會(huì)急劇升高，并會(huì)產(chǎn)生煙霧和大量水蒸氣，最后電機(jī)無力拖動(dòng)或傳動(dòng)環(huán)節(jié)損壞而被迫停機(jī)；這就是"燒熔"，即發(fā)生在軋機(jī)運(yùn)行中，襯套巴氏合金被熔化的現(xiàn)象。它還有一種情況是在軸承拆開時(shí)發(fā)現(xiàn)巴氏合金被熔化。
造成其故障的主要原因可能為：①違規(guī)操作。在潤(rùn)滑油尚未循環(huán)的情況下，便啟動(dòng)軋機(jī)；②在軋機(jī)工作中潤(rùn)滑油系統(tǒng)突然停止供油，如管路堵塞、油管接頭脫落等；③在軋機(jī)速度升高到正常軋制速度時(shí)，潤(rùn)滑油供應(yīng)嚴(yán)重不足；④軋制壓力過大，軋速過高；⑤油膜軸承相對(duì)間隙過小或者過大；⑥潤(rùn)滑油粘度過小或者潤(rùn)滑油乳化嚴(yán)重，含水量過高，從而造成邊界摩擦，發(fā)熱后難以導(dǎo)出，造成巴氏合金熔化。
可以采取的預(yù)防對(duì)策：①加強(qiáng)維護(hù)，避免潤(rùn)滑系統(tǒng)事故。主要對(duì)自控、自鎖裝置做經(jīng)常性的檢查；②定期檢查軸承的間隙并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整更換；③強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)的點(diǎn)檢，關(guān)鍵部位，定時(shí)專人檢查；④對(duì)以前的管路及管接頭進(jìn)行改造，杜絕由于管路泄漏而造成的故障。
軋機(jī)油膜軸承的安裝步驟
軋機(jī)油膜軸承的組裝。在對(duì)軋機(jī)油膜軸承進(jìn)行組裝時(shí)，首先對(duì)軸承座、油膜軸承錐套、襯套和輔助配件清洗，清洗時(shí)不得使用刮刀及磨料。利用翻轉(zhuǎn)機(jī)將清洗后的軸承座翻轉(zhuǎn)，使軸承座孔垂直，輥外側(cè)且開口向上。
一般的安裝方法是在將錐套裝入襯套孔的過程中間斷性地下降錐套，并對(duì)軸承座到錐套邊部的周向四點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，調(diào)整起重設(shè)備，使四點(diǎn)測(cè)量值相同，然后將錐套緩慢落放到安裝位置。當(dāng)錐套裝入襯套約一半時(shí)，旋轉(zhuǎn)錐套使鍵槽在軸承座的水平中心線上方。
將軋機(jī)油膜軸承的靜壓軟管、快換接頭、連接接頭及密封預(yù)先裝配好，然后將靜壓軟管穿過軸承座上的開孔，其一端與襯套靜壓彎頭連接。需要切記的是，快換接頭安裝后，必須低于軸承座表面的1/8。