磨机主轴承失效原因及改进措施研究范文

摘要:在选矿行业，磨机是最重要、不可或缺的设备，而轴承是磨机的重要部件之一，其能否安全运行，直接影响生产。针对磨机小齿轮轴定位端轴承SKF23288CA/C3W33在润滑良好，振动无异常的情况下，出现的调心滚子轴承单列滚道剥落现象，进行了探讨和理论分析。从轴承失效的形式、轴承润滑、轴承振动、主轴承定位、大小齿轮的相互作用等方面总结了轴承失效的表现形式，分析了轴承失效的原因，提出了改进措施。为确保磨机正常运行，提高设备运转率提供理论支持。

关键词:磨机;轴承;润滑;主轴承定位;齿轮啮合

引言

中国黄金集团内蒙古矿业有限公司(下称“内蒙古矿业公司”)乌努格吐山铜钼矿(下称“乌山铜钼矿”)项目是中国黄金集团有限公司“十二五”大基地建设的标杆项目和品牌工程。内蒙古矿业公司重点开发乌山铜钼矿，矿区铜金属储量300万t，钼金属储量60万t。2009年建成投产，目前分为2个选矿厂，共3个生产系列，日处理矿石量8．5万t。在乌山铜钼矿选矿生产流程中，矿石经粗碎后进入半自磨机，半自磨机产生的顽石经过皮带再返回到半自磨机中，这些矿石的研磨都是在半自磨机内完成的。乌山铜钼矿选矿厂3个生产系列共有3台半自磨机和3台球磨机。其中，8．8m×4．8m半自磨机是国内大型磨机制造厂商制造的第一批大型磨机，目前处理矿石量达到870t/h，超过设计负荷625t/h，设计功率为6000kW，而实际生产使用功率为5000kW左右。磨机定位端轴承SKF23288CA/C3W33正常运行时温度为40℃～55℃，而使用过程中，在润滑良好，振动无异常的情况下，会突然出现一系列的高温现象，使得温度达到60℃～65℃。停车检修时，打开定位端轴承座上盖，发现调心滚子轴承单列滚道剥落。针对这个问题，内蒙古矿业公司组织相关技术人员与轴承生产厂商、设备生产厂家进行了探讨和分析，总结了轴承失效的形式和原因，进行了失效的理论分析，并提出了相应的改进措施。

1轴承失效的形式

由于自磨工艺能够简化流程、节省投资、提高经济效益，因此乌山铜钼矿选矿厂引进SABC碎磨流程，由1台半自磨机和1台球磨机构成碎磨回路，半自磨机排矿端设有磁力弧和直线振动筛，筛上物通过皮带再返回半自磨机，半自磨机筛下物和球磨机的排矿通过渣浆泵给入旋流器进行分级，旋流器沉砂给入球磨机再磨，旋流器溢流进入浮选。因此，磨机是碎磨流程中不可或缺的设备，而轴承是磨机的重要部件之一，轴承的正常工作是磨机可靠运行的关键。轴承在工作中丧失其规定功能，从而导致故障或不能正常工作的现象称为失效。其失效的主要表现形式有剥离、损伤、裂纹、蠕变和电蚀等。

1)剥离。轴承在承受旋转载荷时，内圈、外圈的滚道或滚动体面由于滚动疲劳而呈现鱼鳞状的剥离现象(见图2)。其产生的主要原因有:①载荷不当;②安装不良(非直线性);③力矩载荷大;④异物进入或进水;⑤润滑不良，润滑剂不合适;⑥轴承游隙不合适;⑦轴承箱精度不良、刚性不均，轴的挠度大;⑧生锈、侵蚀点、擦伤和压痕(表面变形现象)。

2)损伤。轴承上呈现出带有轻微磨损的暗面，暗面上由表及里有多条深至5～10μm的微小裂缝，并在大范围内发生微小脱落(微小剥离)。其产生的主要原因有:①润滑剂不合适;②异物进入润滑剂内;③润滑剂不良造成表面粗糙;④配对滚动零件的表面质量不好。

3)擦伤。在滚道面和滚动面上，由随着滚动的打滑和油膜热裂产生的微小烧伤汇总而成的表面损伤。其产生的主要原因有:①高速轻载荷;②急加、减速;③润滑剂不合适;④水的进入。

4)裂纹、裂缝。滚道轮或滚动体有时会产生裂纹损伤。如果继续使用，裂纹将发展为裂缝。其产生的主要原因有:①过大过盈量;②过大载荷、冲击载荷;③剥落有所发展;④由于滚道轮或安装构件的接触而产生的发热和微振磨损;⑤蠕变造成的发热;⑥锥轴的锥角不良;⑦轴的圆柱度不良;⑧轴台阶的圆角半径比轴承倒角大而造成与轴承倒角的干扰。

5)保持架的损伤。保持架的损伤有保持架的变形、折损、磨损等，以及柱的折损，端面部的变形，凹处面的磨损和导向面的磨损。其产生的主要原因有:①安装不良(轴承的非直线性);②使用不良;③力矩载荷大;④冲击、振动大;⑤转速过大，急加、减速;⑥润滑不良;⑦温度上升。

6)蠕变。所谓蠕变是指在轴承的配合面上产生间隙时，配合面之间发生相对滑动。发生蠕变的配合面呈现出光亮镜面或暗面，有时也有卡伤磨损产生。其产生的主要原因是过盈量不足或间隙配合时紧定套紧固不够。

7)烧伤。滚道轮、滚动体及保持架在旋转中急剧发热直至变色、软化、熔敷和破损。其产生的主要原因有:①润滑不良;②载荷过大(预压过大);③转速过大;④游隙过小;⑤水、异物的侵入;⑥轴、轴承箱精度不良，轴的挠度大。

8)电蚀。所谓电蚀是指电流在循环转动的轴承滚道轮和滚动体的接触部分流动时，薄薄的润滑油膜产生火花，使其表面出现局部的熔融和凹凸现象。其产生的主要原因是外圈和内圈间的电势差。

9)生锈、腐蚀。轴承的生锈和腐蚀有滚道轮、滚动体表面的坑状锈、全面生锈及腐蚀。其产生的主要原因有:①水、腐蚀性物质(漆、煤气等)的侵入;②润滑剂不合适;③由于水蒸气的凝结而附有水滴;④高温多湿状态下停转;⑤运输过程中防锈不良;⑥保管不当;⑦使用不当。

10)变色。由于温度上升和与润滑剂反应等，滚道轮和滚动体及保持架变色。其产生的主要原因有:①润滑不良;②与润滑剂的反应造成热态浸油;③温度上升大。

2轴承失效的原因分析

2．1轴承

2．1．1轴承质量

轴承质量问题是导致轴承滚道剥落的直接原因。因此，需要进行轴承切片检测，若轴承的合金成分化验和金相组织分析都符合轴承国际标准要求，则此项原因可以排除。

2．1．2选型

1)轴承载荷计算。重新对轴承载荷强度进行计算，发现轴承在没有满载荷的情况下运行，未达到额定载荷而提早失效，故此原因排除。

2)轴承选型问题。大小齿轮啮合过程中，总是存在脉动冲击，在这种频繁往复的冲击过程中，对轴承的运行造成影响，可以考虑使用游隙稍大的轴承，如使用C4游隙的轴承，但是该项措施一直没有得到验证，可能会是其中的一个原因［1］。

3)轴承与轴的配合松紧度问题。轴承内径与轴的外径配合过松或过紧都有可能发生轴承失效。过松则可能造成轴承内径与轴的外径相对移动，使得轴承蠕变发热，最终导致轴承剥落。过紧可能造成轴承温度升高后，轴承内径与轴外径的预紧力不合适，同样会造成轴承剥落。打开轴承后进行轴承内径和轴外径的现场实际测量，其与设计尺寸相符，没有发现轴承内滚道因过紧而发蓝，也未发现蠕变的任何痕迹。因此，该原因排除。

2．2润滑

1)润滑系统的原因。从轴承剥落的表面迹象来看，轴承并没有因为缺油、断油等造成的高温使得轴承剥落区域内发蓝，且轴承润滑油流、油压都有在线监测系统，并没有发现缺油、断油的现象，所以轴承的剥落与润滑没有关系。

2)润滑系统的改进。在找不到剥落原因的前提下，可以考虑使用高黏度的润滑油和高性能的添加剂，提高滚子与滚道间的油膜韧性，减缓轴承滚子与滚道之间的直接接触，延长疲劳失效的时间。可以考虑单独建立一套润滑系统，使用高性能润滑油。

2．3磨机筒体主轴承和筒体滑移

1)主轴承的基础问题。设备安装时，主轴承基础晃动，晃动量高达2～3mm，经过基础加固后不再晃动，符合设备正常运行的要求。生产实践表明，加固前轴承仅使用1年即损坏，加固后已使用2a并没有损坏。轴承的剥落和主轴承的晃动有很大的关系，因此主轴承的晃动是导致轴承剥落的一个原因。

2)主轴承的定位。游隙过大可能是引起轴承剥落的原因。在另外1台磨机主轴承上安装高压油流止推润滑，相比较其他设备游隙略有缩小，但是并没有实际的效果，同样发生调心滚子轴承单列滚道剥落。因此，这可能不是造成小齿轮轴承剥落的原因。

3)大小齿轮在运转的过程中，存在滚动摩擦和滑动摩擦，由于大齿轮的质量太大，滑动摩擦几乎可以忽略不计，可将大小齿轮视为一个整体。磨机自进料端进料，出料端出料，保持着平衡。为了消除这个平衡，筒体必须向相反的方向运动，所以才出现了不断循环往复的冲击载荷。

2．4轴承座和大小齿轮

1)轴承座的过松或过紧。轴承座与轴承外圈的配合尺寸不合适，很有可能导致轴承受到严重的挤压或蠕动现象，致使轴承发热，最终产生剥落。但是，打开轴承盖后没有发现轴承外圈过度挤压和蠕动的迹象。因此，该项原因排除［2］。

2)自由端轴承座尺寸问题。自由端轴承座不能使轴承因温度变形或受力偏载而成为自由活动的轴承，而是用以释放定位端受到的轴向力。这个原因没有得到验证，所以是一个不能排除的原因。

3)大小齿轮技术问题。大小齿轮的螺旋角选用不合适，或齿轮的脉动过大，对轴承造成严重的冲击载荷，使得轴承过早疲劳。这很可能是导致轴承过早剥落的一个原因。

4)大小齿轮的润滑问题。经过长时间停车检修，当刚开始运行时轴承振动数值总是过大。从现场应用可知:运行后多喷洒润滑油可以减小振动，大小齿轮润滑的优劣对轴承有一定的影响，但不是直接导致轴承剥落的原因。因此，这个原因可以直接排除。

2．5气动离合器和热变形

1)气动离合器不对中可能导致轴承偏载受力，是导致轴承剥落的一个原因。这个原因需要进一步的验证和探讨，所以不能排除气动离合器不对中的问题。

2)设备在运转的过程中，轴温度升高，轴承温度升高，造成轴承的游隙降低，这样使得轴承承受偏载和冲击载荷的能力下降。这很可能是造成调心滚子轴承单列滚道剥落的一个原因。综上所述，磨机小齿轮轴定位端轴承SKF23288CA/C3W33失效的原因主要有:主轴承的晃动，气动离合器不对中和轴、轴承温度升高造成轴承的游隙减小等。由于磨机筒体的滑移造成调心滚子轴承单列滚道承受冲击载荷，因此这可能是产生剥落的主要原因，且这一现象和现场的轴承滚道损坏部位相符［3］。

3现场采取的措施及效果

根据对轴承失效形式和失效原因的分析，采取的现场改进措施主要包括以下几个方面:

1)加固主轴承基础，将原磨机主轴承的晃动量降低到0．3mm范围内。

2)加强轴承安装过程的管理，严格按照轴承供应厂商的要求，进行现场的安装和游隙的调整。

3)督促现场严格把控润滑系统的温度和轴承的振动情况，如发现异常则立即检查和更换。4)在小齿轮找正的过程中，严格按照相关技术要求，进行离合器的找正。采取以上改进措施后，增加了轴承的使用寿命，原来只能使用8个月左右，目前提高到超过1年，提高了整体的设备运转率，使得生产能够正常进行。

4结论

1)作为磨机的重要组成部件，避免小齿轮轴定位端轴承SKF23288CA/C3W33的失效，确保轴承的使用寿命是磨机有效运行的关键。

2)轴承失效的形式主要有剥离、损伤、擦伤、裂纹、裂缝、蠕变、电蚀和烧伤等。

3)轴承失效的主要原因有主轴承的晃动，气动离合器不对中和轴、轴承温度升高造成轴承的游隙减小，以及由于磨机筒体的滑移造成的调心滚子轴承单列滚道承受冲击载荷等。

4)可通过加固主轴承基础，按照要求安装，严格管理等措施来改善轴承失效现象，确保磨机正常运行。

［参考文献］

［1］欧阳．轴承制造的几个关键技术简介［J］．机电产品市场，2006(12):70－71．

［2］刘桥方，严枫．我国轴承制造技术的现状及其发展趋势［J］．轴承，2005(6):42－45．

［3］赵树臣．磨机主轴承失效因素分析改进措施［J］．水泥，1993(7):27－30．

作者:石玉君 张合山 单位:中国黄金集团内蒙古矿业有限公司