劉景柏

(新疆八一鋼鐵股份有限公司 軋鋼廠，烏魯木齊 830022)

1 問題的提出

650，530兩組2 MW軋機主電動機機組在軋制220 mm×240 mm方坯過程中，主電動機軸瓦溫度會隨軋機的運轉(zhuǎn)時間而逐漸升高，且呈持續(xù)上升趨勢，導(dǎo)致多次發(fā)生電動機軸瓦燒損故障。特別是在高溫季節(jié)，軸瓦溫度經(jīng)常升高到65 ℃以上，極易造成燒損，從而迫使機組多次停機降溫，嚴重時每班要停機20 min以上，極大地影響了機組的正常生產(chǎn)。曾采取提高軸瓦進、回潤滑油量，增大冷卻水流量，增加風(fēng)機吹冷風(fēng)等降溫措施，但效果均不夠理想。

2 原因分析

主電動機采用動壓潤滑軸承，其工作原理如圖1所示。軸瓦運行時熱量主要由系統(tǒng)運行時潤滑油受擠壓剪切和軸與軸瓦接觸摩擦產(chǎn)生，其中，軸與軸瓦直接接觸摩擦產(chǎn)生的熱量為最主要的部分。正常情況下，軸與軸瓦由一層較為理想的動壓潤滑油膜分開，處于流體潤滑摩擦狀態(tài)，產(chǎn)生的摩擦熱量較少；系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量可通過潤滑系統(tǒng)管路和油、水換熱器以及軸瓦外殼向外部擴散，保持熱平衡，使系統(tǒng)在限定溫度下正常運行。而當軸與軸瓦間動壓油膜形成不理想或軸與軸瓦處于邊界潤滑狀態(tài)時，局部就會產(chǎn)生直接接觸，從而產(chǎn)生較多的摩擦熱。當系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量大于系統(tǒng)向外散發(fā)的熱量時就會在系統(tǒng)內(nèi)積蓄熱量，隨著運轉(zhuǎn)時間的延長，熱量不斷增加，軸瓦溫度就會持續(xù)升高，最終導(dǎo)致軸瓦因溫度過高而燒損。

圖1 電動機軸承動壓潤滑工作原理示意圖

2.1 轉(zhuǎn)速的影響

由于軋鋼設(shè)備的低速、重載及高沖擊載荷的工作特性，使得電動機在軋制時產(chǎn)生一定的速度降，尤其在軋制巨型鋼坯時更為明顯。由動壓潤滑軸承工作原理可知，最小動壓油膜厚度hmin與軸的轉(zhuǎn)動線速度v和潤滑油黏度υ成正比，而與單位壓力р成反比，即hmin∝υv/p[1]。因此，電動機軸與軸瓦間的相對運轉(zhuǎn)速度的波動直接影響了動壓潤滑油膜的形成，使軸與軸瓦之間的動壓油膜厚度產(chǎn)生波動。低速時潤滑油膜厚度較薄，軸瓦局部處于邊界潤滑狀態(tài)，軸與軸瓦間直接或部分接觸，從而產(chǎn)生大量的摩擦熱。

2.2 軸瓦刮研缺陷的影響

對軸瓦進行解體檢查，發(fā)現(xiàn)軸瓦底部有較大面積的接觸摩擦，接觸面刮痕粗糙，研點分布不均，進油側(cè)油楔較小。由于刮研的缺陷，使軸與軸瓦之間不能形成良好的動壓油楔，油楔進油量不足，造成軸與軸瓦之間無法形成良好的動壓潤滑油膜，如圖2所示，軸瓦表面不平點的高點直接與轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生接觸摩擦。而軸瓦接觸面刮痕粗糙，又使得較高的點在很高的壓強和塑性變形作用下產(chǎn)生材料滑移，同時發(fā)生基體金屬黏著現(xiàn)象，并產(chǎn)生剪切作用，使得合金材料磨粒向轉(zhuǎn)動方向(圖3中f所指方向)堆積。當這種現(xiàn)象進一步擴大時，將使軸瓦再附上一層合金材料的磨粒層，從而破壞了軸瓦的原始結(jié)構(gòu)形狀，致使其受力不均，破壞了潤滑油膜，最終導(dǎo)致軸瓦發(fā)熱燒損。

圖2 軸瓦合金表面粗糙對動壓潤滑油膜的影響示意圖

圖3 軸瓦合金黏著磨損顆?；贫逊e示意圖

2.3 潤滑方式的影響

主電動機采用側(cè)面底進式給油潤滑，如圖4所示。這種給油方式的缺點是：潤滑油可能從油路底接觸口、軸瓦瓦肩徑向等配合連接處大量泄漏，使進入軸瓦內(nèi)形成潤滑油楔的有效潤滑油量減少，油量不足導(dǎo)致動壓潤滑油膜形成較薄，軸瓦易產(chǎn)生局部接觸摩擦；同時因參與軸瓦潤滑的油量少，則通過潤滑油帶走的熱量亦減少；若增大給油量，泄漏情況會更為嚴重，且容易造成潤滑油從軸承兩端泄漏，污染環(huán)境。

1—軸承座；2—出油孔；3—甩油環(huán)；4—電動機軸；5—軸承座上蓋；6—窺視孔；7—上軸瓦；8—潤滑油路；9—進油孔；10—下軸瓦圖4 底進式給油潤滑

3 改進措施及效果

3.1 改進給油方式

由側(cè)面底進式給油改為上淋式給油，在不改變電動機軸承座體結(jié)構(gòu)的情況下，利用軸承座蓋上的2個窺視孔作為給油口，利用軸承座兩側(cè)面的油位顯示窗口作為回油口，其他結(jié)構(gòu)不變，如圖5所示。

1—潤滑油；2—出油口；3—軸承座；4—螺栓；5—軸承座上蓋通風(fēng)口、窺視孔；6—進油口；7—可視油杯；8—上蓋；9—上軸承；10—電動機軸；11—甩油環(huán)；12—下軸承；13—油位顯示杯圖5 上淋式給油潤滑

改進后，潤滑油從軸承座上蓋的窺視孔進入，從側(cè)面原油位顯示窗口流出，其回油高度剛好可以滿足甩油環(huán)潤滑的需求。潤滑油直接澆淋到軸上并隨軸的轉(zhuǎn)動進入油楔，從而保證有充足的潤滑油形成油楔，同時將軸上的熱量帶走，潤滑油量調(diào)節(jié)操作也比較直觀。電動機軸承與潤滑油面具有一定的高度差，回油靠液體的落差經(jīng)濾油器直接流回油箱。通過控制潤滑油的溫度和流量即可達到控制軸承溫度的目的。改造后，甩油環(huán)潤滑方式不變，在壓力循環(huán)潤滑系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)暫時故障時，甩油環(huán)潤滑仍能堅持一段時間，以保護主電動機軸瓦不斷油，起到一定的安全防護作用。

3.2 提高軸瓦刮研精度

總結(jié)維修實踐，確定出的刮研方法為：軸瓦承載區(qū)刮研接觸角大約為80°左右，在此范圍內(nèi)硬實研點從中部均勻向兩側(cè)分布，并逐漸隱虛，軸瓦研點分布如圖6所示。軸瓦研點數(shù)控制在6個以上(25 mm×25 mm)。軸瓦油楔楔入側(cè)中部研點隱淡，兩邊瓦口硬實，逐步過渡形成楔形。在刮研過程中，刮刀走刀方向每次與上一次的走刀方向相互交叉(基本呈45°交叉)，并且每次刮削一遍后，應(yīng)輕輕地將刀痕棱及毛刺等修平。這樣刮研的目的，一是考慮軸瓦承受軸的徑向載荷時，產(chǎn)生的塑性變形對接觸角度的影響，以保證接觸良好；二是便于潤滑油楔入，形成良好的潤滑油膜。

圖6 軸瓦研點示意圖

適當?shù)拈g隙是滑動軸承正常運行的基本要求，通常，滑動軸承可按轉(zhuǎn)速高低選取相對間隙值ψ，其經(jīng)驗計算式為[2]

式中：n為軸頸轉(zhuǎn)速，r/min。

軋鋼主電動機滑動軸承相對間隙值ψ=0.001～0.001 2 mm[3]，故軋鋼主電動機滑動軸承合金軸瓦的直徑間隙(即頂隙)應(yīng)為Δ=dψ=(0.001～0.001 2)dmm，兩側(cè)間隙應(yīng)相等，單側(cè)間隙應(yīng)為頂間隙的1/2～2/3。軸承間隙可通過壓鉛、ψ塞尺和千分表等方法測量， 在刮研軸瓦時，要嚴格保證軸瓦各項間隙要求。軸瓦經(jīng)研刮后必須調(diào)整間隙，在上、下軸瓦的接觸面間加調(diào)整墊片時，兩邊墊片的總厚度應(yīng)相等，墊片不得與軸接觸，距軸承內(nèi)徑邊緣不宜超過1 mm。

3.3 軸瓦溫度顯示

在主電動機軸承座中增設(shè)溫度檢測探頭，并將檢測到的軸瓦溫度直觀地顯示出來，便于值班人員觀察操作，以避免發(fā)生事故，造成不必要的停機。

改進前、后電動機軸瓦運行溫度對比如圖7所示。由圖可以看出：改進后電動機軸瓦運行溫度一直保持在45 ℃以下，較以前有大幅度下降，且溫度變化更加平緩，特別是在7月份的高溫季節(jié)，電動機始終運行穩(wěn)定，再沒有發(fā)生事故，確保了生產(chǎn)的正常進行。

圖7 主電動機軸瓦溫度隨時間變化曲線圖

4 結(jié)束語

通過采取改進潤滑方式、提高軸瓦研磨精度及增設(shè)溫度顯示裝置等措施，使軸瓦工作溫度保持在45 ℃以下，大大提高了電動機軸瓦運行的穩(wěn)定性，沒有再發(fā)生燒瓦事故。但存在的不足是操作過程中研磨、測量和調(diào)試時間較長；為保證精度須專人操作，且勞動強度較大。對此需在以后的工作中加以探索與改進。