ZJ17卷煙機通風機軸承座結構改進

李鯤鵬，周 輝，何 濤，鄧明飛，李 磊

（四川中煙工業有限責任公司西昌卷煙廠，四川西昌 615042）

0 引言

ZJ17卷煙機由YJ17卷煙機卷制供料成條機和YJ27型接裝機組成。

YJ17卷煙機卷制供料成條機風力系統主要由一臺高壓通風機、一臺低通風機和風力送絲管道、風力除塵管道等組成。高壓通風機的技術性能為：風量1900 m3/h，風壓0.009 6 MPa，轉速6300 r/min,功率5.5 kW，高壓通風機主要為機器提供足夠的負壓并擔負除塵的任務，保證產生足夠的負壓滿足生產。

YJ27型接裝機的風力系統由主通風機系統、真空泵系統和清潔風機系統3部分組成。主通風機主要參數：風量1200 m3/h，風壓0.009 6 MPa，電動機功率7.5 kW，轉速6750 r/min。主通風機系統的主要作用是為鼓輪提供負壓吸風。

目前ZJ17卷煙機配置高壓通風機和主通風機，安裝調整方式、工況環境相同，軸承座結構與潤滑方式完全一樣。通風機的潤滑要求是潤滑工利用油槍通過風機軸承油嘴加注適量的NBU12潤滑油，潤滑周期為一個月。

1 通風機的故障調查分析

對工廠2018年所有ZJ17卷接機組的通風機故障頻次進行統計（圖1）。數據顯示每組設備每年平均需要進行4.8次通風機的維修作業。查閱維修記錄，每次維修作業，需要至少2名維修技術人員參與拆卸和安裝調試，作業時間在1.5 h左右。

圖1 ZJ17機組2018年通風機故障頻次統計

2 通風機失效形式

當通風機出現故障時，其表象是振動增大，產生高噪聲，負荷增大導致軸承座殼體溫度升高甚至風機不轉動停止工作。

維修人員將故障的通風機拆下并拆卸軸承座后檢查發現：

（1）風機軸承座外表溫度較高，經過紅外線溫度儀測量溫度達到80～90℃。

（2）風機軸承座殼體內溫度＞180℃，導致潤滑脂由固態變為了液態。（3）靠近葉輪端軸承潤滑不良，保持架損壞，滾珠磨損變形。（4）靠近帶輪端軸承滾珠表面疲勞磨損并且潤滑油堆積，屬于過度潤滑。

（5）軸承內圈與軸發生咬合現象，強力拆卸后，風機軸一般不能再利用。

3 風機軸承座及潤滑方式分析

通風機軸承座主要是由傳動軸、兩個型號為6206的深溝球軸承、風機軸承座殼體、殼體內潤滑脂、端蓋、葉輪、帶輪等組成。6206軸承主要用以承受徑向載荷，也可承受一定的軸向載荷，當軸承的徑向間隙加大時，具有角接觸球軸承的功能，可承受較大的軸向載荷。此軸承摩擦因數小，極限轉速高，非常耐用，無需經常維護。深溝形的滾道與鋼球之間有極好的密合度，使得深溝球軸承即使在高轉速條件下承受徑向負荷外還可以承受雙向的軸向負荷。

按照設備的潤滑管理和計劃：風機深溝球軸承所使用NLGI-1級軸承潤滑脂，其熔點＞180℃。風機軸承在運行2500 h后需要向滑脂嘴壓入潤滑脂，深溝球軸承也應清洗及重新加潤滑脂。而設備一天正常運行16 h，按照潤滑管理和計劃156 d應當進行潤滑，在實際的保養過程中，對大風機軸承的潤滑周期縮短為1個月，但是使用時間還未到到2.5個月，風機軸承就已經損壞，不能繼續工作，從而達不到生產要求。

風機軸承的潤滑方式是強力裝填式：安裝軸承時拆除內方的密封蓋，并通過卡簧將軸承固定在工作面上，然后對軸承座進行組裝后，用油槍從注油孔將潤滑脂壓入腔體內，充分填滿軸承滾道并溢出為止的方式來對通風機軸承進行潤滑。

4 失效原因分析

4.1 油脂加注量大，產生熱量大

原風機軸承的潤滑方式是強力裝填式，潤滑脂充滿軸承座內部的整個封閉空間，高速旋轉時油脂內摩擦產生的熱量非常高。

4.2 工況環境差，不利于散熱

軸承座殼體為不等厚的設計，最薄處有10 mm，最厚處有20 mm，在風機使用過程中，機器連續工作16 h，軸承座內部潤滑脂產生的熱量要通過殼體散熱很不容易；風機安裝于設備內部，被帶有隔音棉的護罩保護，機器內部散熱條件較差。在這樣的工況環境下，設備連續運行，軸承座內部的溫度增高＞180℃，腔體內的大量潤滑脂熔化為液態具有一定流動性，破壞潤滑脂對兩個軸承的潤滑平衡性。

4.3 過度潤滑或潤滑不良引起軸承損壞

在經典力學中，“向心力”是物體沿著圓周或者曲線軌道運動時的指向圓心的合外力作用力，這種效果可以由彈力、重力、摩擦力中的任何一力而產生，也可以由幾個力的合力或幾個力的分力提供。相對轉動的非慣性系中的物體，所受向心力為F=mω2r（其中ω表示非慣性系自身轉動的角速度），在“向心力”作用下，風機葉輪一端的角速度大于帶輪一端的角速度，潤滑油會向葉輪方向旋轉和堆積，造成葉輪一端軸承過度潤滑，帶輪一端軸承缺少潤滑進行干潤滑。流體潤滑膜遭到破壞后，在接觸面上仍然存在著一層極薄的油膜，這一層薄膜和摩擦表面之間具有特殊的結合力，形成的“膜”在一定程度上繼續起保護摩擦表面的作用，這種潤滑狀態稱為邊界潤滑。所產生的油膜叫做邊界膜。如果載荷極大，摩擦表面凸峰處受到壓力過大，會導致吸附膜破裂，從而出現摩擦面直接接觸，產生干摩擦。因此，過度潤滑端的軸承嚴重散熱不良，軸和軸承發熱變形，負荷增大，發生軸承卡死，這與軸承內圈與軸發生咬合現象是吻合的；干摩擦端的軸承，發熱現象也會凸顯，更多的表象是滾珠、彈道的疲勞點蝕，嚴重到一定程度時，軸承散架，喪失功能。

5 解決辦法

原軸承座如圖2所示，針對以上散熱不良的分析，對原軸承座做如下改進，對軸承座殼體做鏤空式設計，同時改變軸承的潤滑方式，改進軸承座如圖3所示，取消加油嘴結構，在殼體原有的加油嘴的位置周向均布8個16 mm的通孔；取消在風機軸承座腔體強力裝填式潤滑方式，對兩個軸承按低轉速加脂量（2/3）預加注潤滑脂后蓋住密封蓋，然后安裝在風機軸上使用，保養過程中不再添加潤滑脂。2021年6月，對風機故障進行統計分析，改進后軸承座2021年故障統計如圖4所示。改進的優點有以下3個方面：

圖2 原軸承座

圖3 改進后軸承座

圖4 改進后軸承座2021年故障統計

（1）避免滿填的潤滑脂在腔體內部摩擦產生大量熱能，軸承座產生的熱量主要來源于軸承。

（2）風機運轉時，軸旋轉帶動腔體內部氣流旋轉，氣流從新布置的孔中流出，帶走軸承旋轉產生的熱量，利用散熱，降低腔體內部的溫度，延長軸承和風機軸的使用壽命。

（3）加裝密封蓋，避免軸承的潤滑脂經過高溫熔化為液態后流出，出現干潤滑導致軸承加劇損壞的問題出現，降低腔體內部的溫度。

6 結束語

2018年10月，10#卷煙機采用新設計的軸承座試運行，至今尚未損壞，軸承和軸的使用壽命延長了4倍以上。經過車間推廣使用，2021年6月，對風機故障進行統計分析，風機出現故障的次數明顯減少，對提高設備運行效率、降低配件成本都取得了積極的作用。經過財務核算，這項改造每年給工廠帶來了近200萬的收益。