滌綸紡絲熱牽伸輥軸承損壞原因及解決措施

郭怡

(河南工程學院 機械工程學院，鄭州 451191)

1 滌綸紡絲工藝簡介

目前，滌綸工業原絲生產中主要采用熔體紡絲技術[1]。其主要生產過程為：檢驗合格的聚酯切片由振動篩分選出顆粒均勻的切片送入料倉內，經抽真空由羅茨風機用氮氣將切片送入儲槽內，靠重力讓儲槽內切片落入干燥塔，經過干燥落到儲槽內，經化驗達標后，由羅茨風機用氮氣送入儲槽內，再送入螺桿擠壓機。擠壓機壓力根據原料的特征黏度、選定的溫度以及產品的規格來確定。經螺桿擠壓機擠壓出的熔體進入紡絲箱，經計量泵精確計量后分配到紡絲組件，生產出原絲，經過側吹風裝置進行冷卻，上油后在3對牽伸輥上進行牽伸，最后由卷繞機卷繞成形。生產工藝流程[2]如圖1所示。

1—紡絲組件；2—側吹風裝置；3—上油器；4—熱牽伸輥；5—卷繞機

2 熱牽伸輥工作原理

熱牽伸輥是滌綸工業原絲生產的重要設備。每錠熱牽伸輥有3對5組，完成對滌綸工業原絲的張緊、牽伸、定型，使原絲具有斷裂強度高、斷裂伸長小、尺寸穩定性好、耐濕熱和耐磨性好等優良性能[1]。

熱牽伸輥工作時因為牽伸張力(動載荷)、轉速、環境溫度等條件特殊，故為其配套的軸承應滿足高溫、高速和耐腐蝕等苛刻要求。文中熱牽伸輥選用進口的TS2-6010L1CC3P5型單列深溝球軸承，為化纖設備專用軸承，球面溝道，承受徑向載荷。該軸承內徑為50 mm，外徑80 mm，寬度16 mm，質量0.25 kg，裝有黃銅實體保持架；軸承材料為全淬透型GCr15高碳鉻軸承鋼；軸承徑向游隙大于標準游隙；公差等級符合ISO規定的5級。

實際生產中，每錠有3對熱牽伸輥，分別簡稱為1G，2G，3G。根據工藝要求1G采用單段加熱，用1個加熱器和1個Pt100鉑電阻熱傳感器，加熱介質為水；2G，3G采用雙段加熱，有2個加熱器和2個Pt100鉑電阻熱傳感器，加熱介質為水蒸氣。生產工藝設定：1G溫度為65 ℃；2G，3G的一、二段溫度均為196 ℃；轉速1G為600 r/min, 2G為2 350 r/min, 3G為3 000 r/min。

熱牽伸輥主要由熱輥電動機、導絲盤、加熱器和溫度控制系統組成。熱輥電動機提供牽伸所需的動力；導絲盤作為熱載體對絲束進行牽伸；加熱器提供牽伸所需的溫度；溫控系統控制各區的溫度，由溫度旋轉變送器、溫度傳感器等構成。

熱牽伸輥的雙層感應加熱系統是在每個區的相應位置放置溫度傳感器，溫度旋轉變送器把每個區的溫度信號分時送入溫度控制系統，以控制每個區感應加熱線圈電流的通斷時間比例，達到恒溫控制的目的。

將Pt100鉑電阻熱傳感器置于旋轉羅拉內層附近，以確保在溫度超出設定限值時關閉羅拉加熱系統。

3 熱牽伸輥常見故障

由于受環境溫度、轉速、牽伸張力等作用，熱牽伸輥工作中出現的常見故障有[4]：(1)溫度控制系統故障；(2)電動機振動、異常聲及溫度過高；(3)加熱器故障；(4)導絲盤粗糙度不均勻等。

溫控系統故障通常包括通信故障、旋變故障、鉑電阻短路等。

電動機振動、異常聲產生的原因有機械摩擦(包括定子、轉子摩擦)、軸承缺油或損壞、轉子動平衡不好、潤滑油中有雜質等；電動機溫度過高的原因有溫度控制異常、軸承缺油及通風不良等。

加熱器故障有加熱器線圈短路、斷路，嚴重時可造成區段跳閘。

導絲盤粗糙度不均勻將嚴重影響到絲束的牽伸、定型及成品絲的質量。

某年各季度熱牽伸輥故障的統計數據見表1。

表1 熱牽伸輥故障統計數據

由表1數據可以看出，每種原因導致的熱牽伸輥故障概率差異很大，其中軸承故障最多，占總量的59.3%，嚴重影響了生產的連續性。

4 軸承故障原因及改善

熱牽伸輥軸承工作在高溫、高速及變張力的環境下，有效保證軸承的潤滑、散熱通風和溫升等，才可能避免軸承出現故障。

4.1 潤滑油質量的影響

針對熱牽伸輥軸承的特殊工況，一般應選用進口的68#抗磨液壓油潤滑軸承。給油量應根據軸承結構、間隙和轉速確定，通常每個熱牽伸輥用油量為1 mL/h，分絲輥用油量為0.6 mL/h。

另外，軸承故障與潤滑油的清潔度密切相關，理論上允許的過濾精度為5 μm，同時應保證潤滑管路及連接件的清潔。

4.2 潤滑的影響

熱牽伸輥軸承采用油霧潤滑[3]。潤滑油霧為極小的油滴，在長距離的輸送管中不會產生沉淀，可連續吹到潤滑部位，使潤滑面不斷形成新的油膜，黏附的油滴相互結合并被吸附在運動副表面。其優點是新油膜形成迅速，散熱快，避免潤滑油被多次擠壓和剪切發生裂解而產生腐蝕運動副的有害雜質，且油完全用于潤滑，避免浪費和污染環境。

油霧潤滑輸送管為橡膠軟管，管路較長極易彎曲，尤其在現場比較狹窄、昏暗、多個管路相互交叉纏繞的環境中容易出現彎曲、折疊，從而可能導致潤滑油霧堆積，使熱牽伸輥軸承得不到及時充分潤滑。油霧潤滑裝置適應的環境溫度為5～40 ℃，空氣壓力為0.2 MPa，如夏季環境溫度超過40 ℃時，油霧潤滑裝置不能正常工作，加上空氣壓力的波動，均會導致軸承潤滑不良。

圖2、圖3所示為GR MOTOR公司TS2-6010L1CC3P5軸承的損傷情況，因潤滑不良，軸承與轉子燒結在一起。圖4所示為高溫導致的牽伸輥軸承零件的損壞情況，圖5、圖6所示為對損壞凸臺進行噴涂處理。

圖2 潤滑不良導致的牽伸輥軸承損壞

圖3 軸承定位凸臺磨損(約1 mm)

圖4 損壞的熱牽伸輥軸承零件

圖5 損壞軸定位凸臺的噴涂處理

圖6 磨損凸臺的電鍍噴涂處理

改進措施如下：

(1)增加空調設施，控制油霧潤滑裝置的環境溫度不超過規定值；

(2)控制油霧潤滑裝置壓縮空氣的進口壓力，避免壓力波動；

(3)定期檢查，及時更換問題油路，避免油路積油，保持管路通暢，實現有效潤滑。

4.3 電動機散熱不暢

電動機提供熱牽伸輥牽伸所需要的動力[4]，對環境的溫、濕度有一定要求。若散熱通風條件不佳，會在電動機周圍形成高溫場，使電動機發熱量迅速增加，工況條件急劇變差，工作性能下降而最終燒損。圖7所示為散熱通風不暢所致的電動機故障。

圖7 散熱不暢所致的電動機故障

改善措施為：(1)控制現場的溫、濕度；(2)及時清除電動機冷卻風扇的積油、積塵。

4.4 溫控不良

熱牽伸輥加熱器提供牽伸所需的溫度。由于溫度控制不良，加熱器線圈短路或斷路等都會造成熱牽伸輥軸承溫度異常。

定期檢查Pt100鉑電阻熱傳感器，保證其工作狀態正常；保證良好的散熱，避免加熱器線圈出現短路、斷路的故障。

5 結束語

通過采取相應措施后，熱牽伸輥及其軸承的故障率均大大降低，取得了預期的效果。

滌綸工業原絲在生產過程中，由于熱牽伸輥軸承是在高溫、高速、變張力的環境下工作，軸承只有得到良好的潤滑、及時的散熱通風、必要的溫升控制才能避免故障的發生。軸承損壞既有技術的原因也有管理上的原因，通過提高技術水平、加強設備管理，才能有效避免軸承故障的再發生。