高速紙機烘缸軸承過早失效與優化措施

李其升

摘 要：高速紙機作為紙業生產的必要設備，在高質量紙質品的生產和發展方面作出了很大貢獻，但速度過快對設備也造成了極大的損害，尤其是對紙機的主要構成部分——烘缸軸承的損害不容忽視。通過對高速紙機的分析研究，重點介紹了紙機烘缸軸承的故障，并提出了解決措施，希望能夠提高企業的經濟效益。

關鍵詞：高速紙機；烘缸軸承；軸承失效；優化措施

中圖分類號：TS734 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.10.090

1 研究對象及其手段與原理

1.1 研究對象

以德國造文化用紙機為例進行分析研究。該高速紙機是世界上技術水平最高的造紙設備之一，設計車速高達2 000 m/min，操作車速為1 800 m/min，生產能力可以達到每天生產高級紙質品3 124 t。

在設計該設備時，前干燥部共有9組烘缸，每組烘缸數量不一，烘缸的主要作用是將紙頁烘干，這是完成紙頁生產的關鍵性環節。高速紙機的烘缸主要包含輥殼、擾流棒、軸承、端蓋等部分，在實際運行中，烘缸依靠軸承座支撐在機架上。高速紙機烘缸直徑達1 800 mm，加之設備整體機重高達25 t，因此對于軸承的徑向負荷能力要求比較高。另外，因烘缸的工作環境比較復雜，不僅高溫而且潮濕，由熱脹冷縮的原理以及烘缸上干網的軸向波動所產生的負荷可知，軸承還必須擁有較強的軸向負荷能力。

1.2 研究手段

為保證研究數據的真實可靠，采用了德國先進的在線狀態監測系統，在波動頻率及幅度較大的軸向烘缸軸承上安裝了壓電式加速度傳感器。在線狀態監測系統是利用同軸電纜將傳感器收集的電信號傳輸到中間接線箱，再通過中間接線箱的多芯電纜將電信號傳輸到現場接線箱，現場接線箱接到的電信號數據可以通過多路器進入到中心控制柜。由于在線狀態監測系統受環境的影響較大，因此，除了一個功能強大的多路器之外，自中間接線箱至現場接線箱都沒有其他任何電子器件，所有的數據處理幾乎都在機房的中心控制柜進行。

1.3 研究原理

通常來說，烘缸故障主要分為兩類，即缸體故障和軸承故障。眾所周知，高速紙機的烘缸軸承是調心滾子軸承，其負荷能力比較強，軸承的壓力相比較而言較大。軸承常出現的故障主要有磨損、斷裂、疲勞、腐蝕、壓痕和膠合失效等，缸體故障則主要表現為缸體不平衡、缸體表面不均勻磨損等。利用在線狀態監測系統對設備損害的頻率進行檢測，利用油品分析儀和黏度計等追蹤潤滑油等物性指標的變化。

2 高速紙機烘缸軸承失效原因

一般來說，通過在線狀態監測系統可以監測到烘缸的受損頻率，及時掌握烘缸故障并采取有效措施維修檢測設備，雖然故障及時發現后不會對企業的產品生產造成損失，但不容忽視的是，設備的維護保養費用非常高，最終會對企業的經濟效益造成無法挽回的損失。因此，要對高速紙機烘缸軸承的過早失效進行深入的分析研究，在分析中發現問題、解決問題。

2.1 烘缸軸承狀態分析

通過對高速紙機的運行狀況進行實地調查發現，在大部分紙業企業的生產車間，為保證烘缸前干燥部分設備的運行效率，即使在設備的停機狀態，干燥部分仍然處在高溫環境中，甚至有的烘缸軸承溫度高達92.2 ℃。按照實踐經驗，軸承的內部溫度要高于表面溫度二十幾度，也就是說，烘缸軸承內部的溫度會高達100 ℃。

2.2 軸承失效原因分析

2.2.1 烘缸軸承的負荷影響

烘缸軸承不但要承擔烘缸的重量，而且要每天24 h不停運轉，因此，其負荷壓力相當大。在大型企業的生產運行中，設備一旦運轉，幾乎是不可能停止的，連續轉的運行模式對烘缸的損害異常明顯。除此之外，烘缸軸承一般屬于密封式設計，其維護保養比較難。

2.2.2 潤滑油的影響

潤滑油在設備的運行中發揮著至關重要的作用，對于降低設備磨損，保持設備的良好運行意義重大。但是，質量低劣的潤滑油對烘缸軸承的損害作用也很明顯，如果潤滑油中含有水分，就會出現添加劑析出和催化油氧化的情況，致使潤滑油膜破裂、變薄，不能很好地保護軸承的金屬表面，使軸承內外圈滾動體金屬表面直接接觸加速軸承表面，增大損耗，造成疲勞失效、腐蝕失效。除此之外，雜質多的潤滑油還會淤塞軸承部件，導致軸承無法運行，甚至有的潤滑油會引起設備顆粒污染，進而損害軸承。

2.2.3 工作環境的影響

烘缸的主要作用是烘干紙頁中的水分，達到干燥的目的，溫度越高，紙頁干燥的速度越快，從紙頁中蒸發的水分越多，環境也就越發潮濕。因此，高速紙機的效率越高，烘缸軸承所處的環境溫度也就越高，環境也越潮濕，這樣的環境對設備的損害較大。企業為提高產品的生產質量與速度，大力提高烘缸的溫度，加快干燥速度，而烘缸軸承因為熱脹冷縮的原理，使得軸承游隙變大，高溫使潤滑油黏度變低，油膜變薄，加大了設備的損耗程度，大大縮短了烘缸軸承的使用壽命。

3 高速紙機烘缸軸承失效優化措施

高速紙機在運行過程中會出現各種各樣的故障問題，尤其是負荷壓力較高的軸承部位，經常出現疲勞失效、腐蝕失效、斷裂失效等情況。通過分析烘缸軸承過早失效的一系列原因，提出科學可行的解決措施，不僅可以延長設備的使用壽命，還可以大大提高企業的經濟效益。

3.1 針對環境原因的對策

部分企業一味追求高產量，不斷改變設備的使用環境，即不斷增加溫度，加速烘缸的干燥效率，這樣會大大縮短設備的使用壽命。高溫、潮濕的環境會造成設備的侵蝕、腐蝕，同時，熱脹冷縮會導致烘缸內外圈錯位變大、軸承內外圈間隙縮小，從而使得潤滑油膜變薄，起不到保護的作用。針對這一情況，要將軸承外圈的頂環去除，然后在軸承內圈加一個與外圈頂環尺寸一樣厚的墊片。至于該尺寸的大小，則取決于熱脹冷縮時烘缸軸承軸向變化的間隙，一般備用的墊片尺寸為1～6 mm。除此之外，外部環境的震動也會對設備造成振蝕。針對這種情況，要對設備各部分進行分離或加隔震墊。

3.2 針對潤滑油原因的對策

潤滑油對設備的保護作用不言而喻，通過改善潤滑油的使用及其質量品質，可以延長設備使用壽命，具體措施主要有：①及時清理軸承油槽排污口，定期檢查清潔，降低膠合失效的概率；②在軸承上安裝油水分離器，以加速潤滑油脫水，減少水分超標造成的軸承腐蝕失效；③在對設備進行潤滑油保養之前，可以采取科學的措施降低潤滑油中的水分含量，比如可以采用過濾小車對其真空脫水；④定時定點檢查清潔烘缸軸承的分配閥，以降低設備污染導致的侵蝕失效概率；⑤定期清洗更換油槽呼吸器濾芯，在維修保養時要加強密封工作。

3.3 針對負荷原因的對策

高速紙機本身質量高達二十幾噸，再加上每天生產上千噸產品，可想而知，烘缸軸承會承擔多大的負荷。過度使用烘缸軸承無疑會加速設備的老化，導致疲勞失效。為解決因負荷問題造成的過早失效故障，可采取以下措施：①及時檢修設備，一旦發現設備損害，就及時更換烘缸軸承配件，或者盡量使用高質量、耐磨損的軸承及配件。②設備在使用中如果突然過載，會對設備造成無法挽回的損害，因此，在使用中要及時檢修，盡量避免疲勞點蝕情況的出現。一旦出現疲勞點蝕，要及時制訂維修計劃，保證設備的正常運轉。

4 結束語

科技的不斷發展使得高速紙機在各大紙業企業得到了廣泛應用，高速紙機在帶來高產量、高質量的同時，其自身的損耗問題也不容忽視。高速紙機軸承因負荷壓力較大，加之處于高溫、潮濕的環境，故障問題時有發生，為保證高速紙機的正常運行，延長軸承使用壽命，必須深入分析失效原因，加強優化措施，以提高企業的經濟效益。

參考文獻

[1]張曉茹.現代造紙機械狀態監測與故障診斷[M].北京：中國輕工業出版社，2014.

[2]王世雄.大直徑高負荷紙機軟壓光輥軸承故障特征[J].中國造紙學報，2014，9（13）：67-73.

〔編輯：王霞〕