摩擦式提升機(jī)主導(dǎo)輪軸承故障的原因探討

李爭(zhēng)春

（西山煤電股份有限公司馬蘭礦，山西 古交 030205）

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

摩擦式提升機(jī)主導(dǎo)輪軸承故障的原因探討

李爭(zhēng)春

（西山煤電股份有限公司馬蘭礦，山西 古交 030205）

隨著煤炭系統(tǒng)生產(chǎn)能力的不斷提升，安全生產(chǎn)成為第一要?jiǎng)?wù)，保障設(shè)備的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，成了煤礦企業(yè)需要迫切解決的問(wèn)題。提升機(jī)屬于煤礦重要生產(chǎn)系統(tǒng)之一，性命攸關(guān)，不容有絲毫差錯(cuò)。通過(guò)對(duì)馬蘭礦副立井提升機(jī)軸承出現(xiàn)的故障情況分析，總結(jié)了故障時(shí)軸承潤(rùn)滑狀況、聯(lián)軸器對(duì)中及軸承受力情況，判定軸承損壞的原因并提出了預(yù)測(cè)軸承損壞的方法，對(duì)礦井提升機(jī)管理和維護(hù)有一定的借鑒作用。

提升機(jī)；軸承；鐵譜分析；振動(dòng)分析；故障原因

2008年10月10日，西山煤電股份公司馬蘭礦副立井的摩擦式提升機(jī)主導(dǎo)輪（摩擦輪）軸承經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，提升機(jī)主軸靠減速器端軸承外側(cè)有兩顆滾柱（夾角近140°C左右），由中心向四周呈放射狀出現(xiàn)數(shù)道裂紋，其中一顆滾珠已剝落一塊尺寸約50 mm× 20 mm×10 mm不規(guī)則小塊，須及時(shí)進(jìn)行更換。該提升機(jī)主要承擔(dān)著礦井人員上下井及矸石的提升，更換工作必須準(zhǔn)備充分，技術(shù)方案切實(shí)可行，一旦發(fā)生意外，勢(shì)必對(duì)礦井的正常生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響，同時(shí)考慮到該提升機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速只有42．783轉(zhuǎn)／min，一個(gè)提升循環(huán)只運(yùn)行23．847轉(zhuǎn)，暫時(shí)將破裂的滾珠取出后繼續(xù)運(yùn)行。此間，維護(hù)單位每班派專人傾聽軸承聲音，每?jī)商齑蜷_端蓋檢查一次軸承，及時(shí)掌握故障發(fā)展?fàn)顩r，防止因軸承卡住而造成停機(jī)。

1 原因分析

該軸承型號(hào)為3003296，外徑870 mm，該礦從以下幾個(gè)方面對(duì)軸承損壞原因進(jìn)行分析：

1）聯(lián)軸器對(duì)中情況。提升機(jī)主軸聯(lián)軸器對(duì)中情況對(duì)該軸承的運(yùn)行狀況影響較大，對(duì)中不好，會(huì)造成主軸承跳動(dòng)、軸承受力不均勻，產(chǎn)生附加動(dòng)負(fù)荷等，從而造成軸承發(fā)熱、磨損、沖擊載荷等，使得軸承提早損壞。經(jīng)檢查，該聯(lián)軸器對(duì)中偏差符合《煤礦安裝工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》評(píng)判，屬于合格范圍，不是造成軸承損壞的主要原因。

2）軸承潤(rùn)滑情況。根據(jù)SKF軸承公司統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，54%的軸承失效是不良潤(rùn)滑造成的。理論上認(rèn)為軸承滾道與滾動(dòng)體之間是點(diǎn)接觸與線接觸，軸承運(yùn)動(dòng)為滾動(dòng)摩擦，然而實(shí)際情況并非完全如此，承載軸承滾動(dòng)面與滾動(dòng)體由于受到負(fù)載的作用，必然產(chǎn)生彈性變形，使實(shí)際接觸面成為不同程度的面接觸，接觸區(qū)域產(chǎn)生的載荷與變形成正比，因此，滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體與滾動(dòng)彈道之間就有不同程度的滑動(dòng)摩擦，金屬之間滑動(dòng)摩擦系數(shù)較大，如果沒(méi)有潤(rùn)滑油膜就會(huì)產(chǎn)生很大的運(yùn)動(dòng)阻力與熱量，致使接觸部位瞬間溫度很高，軸承表面回火燒傷，硬度與耐磨性能大幅度降低。大量軸承失效實(shí)例表明，各種因素造成的大量摩擦熱是軸承失效的主要原因之一。該軸承的運(yùn)行溫度正常，潤(rùn)滑油的油質(zhì)、油量都符合要求。

3）從軸承各元件的載荷變化情況分析。當(dāng)軸承承受徑向力Fr時(shí)，上半圈受載較小，主要靠下半圈承載，滾動(dòng)體受力不均勻，受力變化為：小→大→小。固定圈在滾動(dòng)體滾過(guò)時(shí)受力主要為：穩(wěn)定的脈動(dòng)循環(huán)載荷。滾動(dòng)體和動(dòng)圈，在承載區(qū)載荷由零逐漸增大到最大，再逐漸減少到零。事實(shí)上，滾動(dòng)體的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)是無(wú)法直接看到的，所以無(wú)法確定每個(gè)滾動(dòng)體在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中是否始終處于滾動(dòng)狀態(tài)，如果有個(gè)別處于滑動(dòng)狀態(tài)，那么該滾動(dòng)體就會(huì)磨損，與此同時(shí)會(huì)造成動(dòng)圈和定圈的磨損。當(dāng)該滾動(dòng)體磨損到一定程度時(shí)，它的受力偏小，相鄰滾動(dòng)體的受力變大，大到一定程度時(shí)就有可能造成滾動(dòng)體破裂損壞，見圖1。

圖1 軸承各元件的載荷變化情況分析圖

副立井提升機(jī)已使用近20年，平均每天運(yùn)行200多個(gè)循環(huán)，承載總量近55000kg，而3003296型軸承的額定靜載荷為7850kN，額定動(dòng)載荷為14400 kN，在正常情況下完全能滿足使用要求。軸承在長(zhǎng)期的重載運(yùn)動(dòng)中當(dāng)某個(gè)滾動(dòng)體磨損嚴(yán)重時(shí)，其相鄰滾動(dòng)體的動(dòng)載荷急劇增大，破裂幾率將大大增加。

2 應(yīng)對(duì)策略

對(duì)于低速重載工況下的軸承，監(jiān)測(cè)溫度通常不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，尤其是對(duì)于提升機(jī)這種間歇工作的設(shè)備，往往運(yùn)行1min，等待5min，而軸承的散熱面積較大，摩擦熱在短時(shí)不足以造成表明溫度的上升。分析認(rèn)為，可以采用如下幾種方式綜合評(píng)判及早判定軸承的運(yùn)行狀況：

1）鐵譜分析。在軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，隨著運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的惡化，會(huì)逐步產(chǎn)生越來(lái)越多的磨損顆粒。鐵譜分析技術(shù)用物理的方法將磨損顆粒從潤(rùn)滑介質(zhì)中分離出來(lái)，沉淀在鐵譜基片上，然后進(jìn)行磨損顆粒的顯微觀測(cè)與分析，達(dá)到實(shí)時(shí)（不拆卸機(jī)器）了解運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械內(nèi)部的磨損情況和磨損部位的目的。將油樣以一定的速度通過(guò)高梯度強(qiáng)磁場(chǎng)鐵譜分析基片，懸浮在潤(rùn)滑介質(zhì)中的磨損顆粒隨油液流動(dòng)，在強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下，就以一定的形式沉淀在基片上。得以觀察異物顆粒的形狀、大小、色澤和材質(zhì)，從而能清楚地判明磨損的類型，預(yù)告機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患。鐵譜分析技術(shù)是適合于鑒定和預(yù)測(cè)滾動(dòng)疲勞的一種方法，原則上以鑒定鋼鐵等強(qiáng)磁體為主要目標(biāo)，但對(duì)銅等非鐵金屬、砂、有機(jī)物和密封碎屑等異物也有相當(dāng)出色的鑒定能力。

當(dāng)油樣中出現(xiàn)直徑為1～5μm鋼鐵類球形顆粒時(shí)，可以肯定軸承已開始出現(xiàn)疲勞微裂紋。當(dāng)油樣中出現(xiàn)長(zhǎng)度與厚度比為10∶1的疲勞剝落顆粒，而長(zhǎng)度大于10μm時(shí)，軸承中非正常疲勞磨損已經(jīng)開始，當(dāng)長(zhǎng)度大于100μm時(shí)，軸承已經(jīng)失效。第三種疲勞碎屑為長(zhǎng)度與厚度比為30∶1的疲勞薄片，其長(zhǎng)度在20～50μm之間，薄片往往帶有空洞。在疲勞開始出現(xiàn)時(shí)，這種薄片的數(shù)量會(huì)明顯增加，這可與球形顆粒共同作為疲勞出現(xiàn)的標(biāo)志。這種方法往往需要確定一個(gè)合理的取樣周期，周期長(zhǎng)則發(fā)現(xiàn)問(wèn)題不及時(shí)，周期短則加大了工作量，越到軸承使用后期，越應(yīng)縮短取樣周期。

2）振動(dòng)檢測(cè)和分析。機(jī)械設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)中，都會(huì)產(chǎn)生幅值或大或小的振動(dòng)或噪聲，所以，過(guò)去常常靠耳聽手摸來(lái)判斷設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在可以用計(jì)算機(jī)結(jié)合專家系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)和分析，把傳感器采集到的振動(dòng)特征值進(jìn)行量化分析，最后提出明確的結(jié)論和具有針對(duì)性的檢修指導(dǎo)意見。目前，這種技術(shù)多采用小波分析、同態(tài)濾波等方法，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)軸承的點(diǎn)蝕、剝落、磨損、膠合等故障隱患。其主要優(yōu)點(diǎn)是可以在線安裝，實(shí)時(shí)檢測(cè)，無(wú)須確定取樣周期。

軸承是運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械必不可少的部件，也是運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的故障多發(fā)部件。做好軸承的檢測(cè)與維護(hù)，是保障機(jī)械設(shè)備可靠運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。同時(shí)要科學(xué)制定軸承的使用時(shí)間，及時(shí)更換時(shí)間長(zhǎng)、性能差的軸承，以減少突發(fā)事故。

Discussion on Fault Reason of Leading Wheel Bearing of Friction Type Hoister

Li Zheng-chun

With the improving of the system of coal production capacity，production safety as first priority，and reliable operation of the equipment，coal mining enterprises need urgently solve the problem．Hoist is one of important in coal mine production system and at stake，should not be any mistake．This article through to the vice shaft hoist bearing fault case analysis，summarizes the failure bearing lubrication condition，the coupling and bearing load test of the situation，determine the cause of damage and proposes the prediction method of damage，to the personnel engaged in mine hoist management and maintenance has the certain model function．

Hoister；Bearing；Iron spectrum analysis；Vibration analysis；Failure cause

TD534+．3

B

1672-0652（2013）10-0044-02

2013-07-23

李爭(zhēng)春（1970—），男，山西原平人，2011級(jí)遼寧工程技術(shù)學(xué)院在讀碩士研究生，工程師，主要從事機(jī)電管理工作（E-mail）1737122209＠qq．com