馬鋼棒材機架軸承頻繁燒損原因分析及解決方案

馬利花,張業(yè)龍,吳鍵,張寬德,何天宇

(1.中國石油上海潤滑油產(chǎn)品設(shè)計分公司，上海 200122;2.馬鋼股份有限公司長材事業(yè)部， 安徽 馬鞍山 243061；3.中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

馬鋼長材事業(yè)部全連續(xù)棒材生產(chǎn)線自2012年始使用昆侖CKD320重負荷工業(yè)齒輪油，機架軸承燒損3～4臺/月。2017年8月15日該生產(chǎn)線工藝改造，11月1日完成大中修工作后恢復(fù)生產(chǎn)，至2017年12月31日期間，平均2天燒損一架次機架軸承，累計燒損29架，直接經(jīng)濟損失近60萬元。因此作為現(xiàn)場難題，亟待找出原因，給出方案，予以解決困擾生產(chǎn)的矛盾。

1 概況

馬鋼全連續(xù)棒材生產(chǎn)線年設(shè)計產(chǎn)能為60萬t(實際近10年年產(chǎn)達130萬/t),共有18架軋機，粗、中、精軋機組各6架，均為無牌坊、短應(yīng)力線、高鋼度“紅圈”軋機，呈平/立交替布置。1#～10#軋機間實現(xiàn)微張力軋制，10#～18#軋機間采用立式可控活套，實現(xiàn)無張力軋制，從而全線實現(xiàn)了無扭、微張力或無張力軋制，第14架和第16架為平/立可轉(zhuǎn)換軋機[1-2]。

棒材軋機短應(yīng)力線軋機見圖1。

圖1 棒材軋機短應(yīng)力線軋機

1.1 油氣潤滑系統(tǒng)

棒材油氣潤滑系統(tǒng)用于紅圈軋機傳動軸、軋棍以及活套器、活套輥等軸承的潤滑，是集機、電、氣一體化的綜合性設(shè)備，系統(tǒng)包括電控、氣動、液壓和機械零件部件。整個系統(tǒng)由供油、供氣和油氣混合等3部分組成。主要設(shè)備有：油箱和輔助件組成的油站系統(tǒng)(有2臺互為備用的齒輪泵)、三級供油方式的油氣分配器和1個電控設(shè)備及氣動系統(tǒng)(如圖1所示)。電控部分的核心是一個PLC控制單元及友好的人機界面TD200[3]。對液位、油溫、壓差過濾器的工作進行控制，同時對系統(tǒng)中各元件的運行狀況進行監(jiān)控，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，發(fā)出報警信號。油氣潤滑系統(tǒng)示例見圖2。

圖2 油氣潤滑系統(tǒng)

該廠現(xiàn)有油氣潤滑系統(tǒng)是利用油泵將貯存在油箱內(nèi)的潤滑油直接或間接(通過分配器)輸送到與壓縮空氣網(wǎng)絡(luò)相連接的油-氣混合器中。在油氣混合器里，壓縮空氣把潤滑油吹成油滴狀的液氣兩相流體，并帶動油滴沿管道內(nèi)壁不斷地流動，形成氣流狀的混合氣，通過再次計量分配成若干份，進入各自的混合腔室后，在不間斷的壓縮空氣的作用下，進入油氣輸送管道中[4]。油氣潤滑的壓縮空氣(壓力為0.4～0.6 MPa)是連續(xù)供給的，油是間歇供給的，間歇時間和供油量根據(jù)各個潤滑點的需求進行調(diào)定[5]。

1.2 故障概況

棒材機架軸承燒損情況見表1。

表1 棒材機架軸承燒損情況

表1(續(xù))

用統(tǒng)計圖表示2017年11月至2018年1月初機架軸承燒損情況， 見圖3。機架燒損現(xiàn)場圖片見圖4。

圖3 2017.11-2018.1機架軸承燒損情況統(tǒng)計

圖4 機架燒損情況現(xiàn)場圖片

從表1和圖3可以明顯看出：

(1)其中燒損嚴重的機架序列號為：15#(7次)、16#(4次)、8#(4次)。

(2)臥式(序列號為單號)機架燒損較立式(序列號為雙號)嚴重，立式燒損合計9次，臥式燒損合計20次。

1.3 生產(chǎn)線工藝改造項目

2017年該生產(chǎn)線工藝改造項目包括：

(1)大中修油氣系統(tǒng)，無實質(zhì)性改變；

(2)機架冷卻水壓力由0.42 MPa提高至0.68 MPa(原機架冷卻水壓力低,水泵改造能力提升)；

(3)1#～6#活套更新改造，油氣潤滑點增加20個，供油每線升壓間隔時間變?yōu)?0 s，后又重新調(diào)整至原升壓間隔時間20 s。油氣設(shè)定自動啟停間隔時間由75 s逐步調(diào)整到50 s。

2 機架軸承燒損原因分析

一般設(shè)備故障可能原因主要有設(shè)備材質(zhì)問題，如使用劣質(zhì)配套材質(zhì)、裝配間隙不合適、潤滑油質(zhì)量差、冷卻效果差等。

2.1 油品質(zhì)量性能的影響

調(diào)取客戶近三年現(xiàn)場先后使用的不同批次昆侖CKD320重負荷工業(yè)齒輪油產(chǎn)品的合格證，見表2。

表2 客戶現(xiàn)場使用昆侖CKD320重負荷工業(yè)齒輪油性能

從表2可以看出，近三年昆侖CKD320重負荷工業(yè)齒輪油產(chǎn)品性能穩(wěn)定，未有大的波動。

同時和生產(chǎn)廠溝通，產(chǎn)品生產(chǎn)工藝一直保持不變。

可見昆侖CKD320重負荷工業(yè)齒輪油的產(chǎn)品性能穩(wěn)定，可以排除油品質(zhì)量變差導(dǎo)致的軸承潤滑失效。

2.2 潤滑油輸送的影響

該生產(chǎn)線采用油氣潤滑方式供油，處于潤滑末端的15號機架軸承和16號機架軸承燒損最嚴重，懷疑潤滑油未輸送到位?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)三連軋共一臺油氣潤滑分配器，分三級供油，共三段，一段潤滑1#～6#機架軸承，二段潤滑7#～12#機架軸承，三段潤滑13#～16#(17#和18#機架因2017年工藝改造拆除)機架軸承，每個機架軸承共7個潤滑點并聯(lián)供油。燒損嚴重的15#、16#機架軸承處在潤滑供油輸送的末端。該生產(chǎn)線改造活套新增20個潤滑點，是立式可控活套，位置在10#～16#軋機間，分流部分潤滑油(由一級分配器供油)，導(dǎo)致油氣輸送至最遠15#～16#供油末端輸送供油不足。

2.3 密封失效的影響

2.3.1 軸承密封墊圈質(zhì)量變差

軸承密封墊圈的采購價從單價200元降至16元，現(xiàn)場調(diào)查中發(fā)現(xiàn)密封圈殘缺破損嚴重。劣質(zhì)材料的密封材質(zhì)在高溫時密封不嚴，造成大量冷卻水進入到在用油品中，嚴重影響摩擦副表面生成連續(xù)

的油膜，極端條件下甚至出現(xiàn)無油膜全是水層的情況，造成軸承滾動體潤滑失效，在高溫高沖擊負荷下，導(dǎo)致滑動部位燒結(jié)。

2.3.2 臥式機架軸承燒損頻次較立式多的原因分析

立式機架軸承潤滑部位在軋輥的上部，從而使軋輥冷卻水不易滲入潤滑部位，而臥式機架軸承潤滑部位與冷卻水在同一水平面，冷卻水滲入潤滑部位機率增大，見圖5。

圖5 臥式機架(左)與立式機架(右)冷卻水位置

2.3.3 潤滑油冷卻水壓差變大的影響

在2017年生產(chǎn)線工藝改造前，供壓縮空氣壓力為0.38 MPa(油氣混合吹入潤滑點的壓力)，供油每線壓力由0 MPa升至13 MPa，切換壓力建立間隔時間30 s，油氣啟停間隔70 s，冷卻水壓力0.42 MPa；改造后，供壓縮空氣壓力0.3 MPa(油氣混合吹入潤滑點的壓力)，供油每線壓力由0 MPa升至13 MPa，切換壓力建立間隔時間36 s，油氣啟停間隔60 s，冷卻水壓力0.68 MPa，改造前后潤滑油(潤滑點氣-油混合壓力)和冷卻水的壓差增大明顯，見表3。

表3 生產(chǎn)線工藝改造前后參數(shù)對比

冷卻水與油氣混合壓力差增大使冷卻水易進入潤滑部位，造成潤滑失效。

綜合上述幾方面因素，造成潤滑部位的潤滑油缺失，導(dǎo)致機架軸承嚴重?zé)龘p，經(jīng)濟損失巨大。

3 軸承燒損解決措施及實施效果

3.1 解決措施及實施效果

根據(jù)以上分析，要解決現(xiàn)有燒機架頻繁問題，需從以下幾個方面入手：降低機架冷卻水壓力、縮短供油時間、調(diào)高供油壓力及更換質(zhì)量、性能更好的軋輥箱密封材質(zhì)。

表4列出了采取相應(yīng)解決措施后機架軸承燒損情況。

表4 2018年1月采取措施后機架軸承燒損情況

表4(續(xù))

注：#非機架軸承磨損。

由表4可以看出，隨著冷卻水壓調(diào)低、油壓調(diào)高，機架軸承燒損情況有減少趨勢，1月共燒損機架軸承9臺，環(huán)比下降了6臺。

3.2 持續(xù)改進，效果顯著

2018年2月及3月，繼續(xù)調(diào)整潤滑油供油間隔，降低冷卻水壓力，更換輥環(huán)密封圈為氟橡膠材質(zhì)，跟蹤機架軸承燒損情況，統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表5。

表5 更換密封圈材質(zhì)后機架軸承燒損情況

由表5可以看出：經(jīng)過改進供油壓力、改進密封圈等解決措施后，機架軸承燒損情況已回歸到正常水平。

4 結(jié)論

現(xiàn)場通過逐步整改軋輥密封圈材質(zhì)、調(diào)整冷卻水壓力、提高潤滑油供油壓力縮短供油時間，機架軸承燒損情況大大降低。

經(jīng)過為期一年的跟蹤，該廠棒材機架軸承燒損穩(wěn)定在每月3～4臺，成功解決了機架軸承頻繁燒損的生產(chǎn)難題。