什么是油膜軸承？常見的故障分析及解決方法
什么是油膜軸承？常見的故障分析及解決方法
- 2021/11/17 14:59:38
現代軋機的主要特征是大型、高速、重載、連續、自動，現代大型軋機特別是具有板型、板厚自動控制的大型板、帶材連軋機大都采用油膜軸承，應用在軋機上作為工作輥軸承或支承輥軸承的稱做軋機油膜軸承，這類軸承基本上屬于低速重載、中速中載或重載軸承。軋機油膜軸承是油膜軸承中承載最大的軸承之一。
油膜軸承的種類繁多，用途十分廣泛，像汽輪機、發電機組、球磨機、風機軸承、天文、航空、航天設備使用的軸承等等。
油膜軸承主要由錐套、襯套、止推軸承部分、密封系統、鎖緊系統等部分組成。油膜軸承有很多特點：承載能力大，抗沖擊能力強，使用壽命長，速度范圍寬，結構尺寸小，摩擦系數低。
一般軋機機械可分為軋鋼機和有色金屬軋機（主要是鋁材軋機和銅材軋機），按軋制產品又可分為線材軋機、型材軋機、帶材軋機、板材軋機（分寬厚板、中厚板、熱軋板、冷軋板）等。現今軋機使用的軸承主要有滾動軸承和油膜軸承兩大類，根據軋機的不同性能和用途選用不同種類的軸承，一般軋鋼機和銅材軋機使用油膜軸承為主，鋁材軋機習慣使用滾動軸承。
線材軋機粗軋和中軋機組以使用滾動軸承為主，例如型鋼軋機和棒材軋機大多使用滾動軸承。預精軋和精軋則是以使用油膜軸承為主。
帶材軋機目前國內仍是以滾動軸承為主，但因其承載低與壽命短等原因有逐步向油膜軸承發展的趨向。
板材軋機、一般中厚板軋機和熱連軋機都是使用油膜軸承，冷連軋機大部分使用油膜軸承，部分使用滾動軸承，其中以日本冷軋機推行使用較多，西歐、美國、俄羅斯、中國等其它國家很少推薦使用滾動軸承。
油膜軸承分類
油膜軸承按形成機理分為靜壓油膜軸承、動壓油膜軸承和動靜壓油膜軸承。
靜壓油膜軸承靠外部壓力形成純液體摩擦，因需要較為復雜的供油系統，應用較少。它的工作原理是軸頸和軸承被外界供給的一定壓力的承載介質完全隔開，從而減低軸頸和軸承間相對摩擦，介質膜體的形成不受相對滑動速度的限制，在各種速度（包括零速度）下，均有較大承載能力。根據介質不同，靜壓軸承可分為液體靜壓軸承，氣體靜壓軸承。
動壓油膜軸承基于流體的動壓原理。旋轉的軸不斷地把具有一定粘度的潤滑油帶人收斂的楔形問隙，由于潤滑油在被軸卷吸人收斂的楔狀間隙的過程中受到壓迫，就產生了反抗力，當在載荷方向動壓力之和足以能平衡外載荷時，在軸與軸承之間就形成了一個完整的壓力油膜，使軸與軸承的表面脫離接觸，形成純液體摩擦。
動靜壓混合軸承是一種既綜合了液體動壓和靜壓軸承的優點，又克服了其缺點的新型多油楔油膜軸承。它利用靜壓軸承的節流原理，使壓力油腔中產生足夠大的靜壓軸承載力，從而克服了液體動壓軸承啟動和停止時出現的干摩擦造成主軸與軸承磨損現象，提高了主軸和軸承的使用壽命及精度保持性；軸承油腔大多采用淺腔結構，在主軸啟動后，依靠淺腔階梯效應形成的動壓承載力和靜壓承載力疊加，大大地提高了主軸承載能力，而多腔對置結構又極大地增加了主軸剛度；高壓油膜的均化作用和良好的抗振性能，保證了主軸具有很高旋轉精度和運轉平穩性。
軋機油膜軸承的潤滑
油膜軸承是一種以潤滑油作為潤滑介質的徑向滑動軸承，其工作原理是：在軋制過程中，由于軋制力的作用，迫使輥軸軸頸發生移動，油膜軸承中心與軸頸的中心產生偏心，使油膜軸承與軸頸之間的間隙形成了兩個區域，一個叫發散區（沿軸頸旋轉方向間隙逐漸變大），另一個叫收斂區（沿軸頸旋轉方向逐漸減小）。當旋轉的軸頸把有粘度的潤滑油從發散區帶入收斂區，沿軸頸旋轉方向軸承間隙由大變小，形成一種油楔，使潤滑油內產生壓力。
承載油膜又稱之為壓力油膜，它起到平衡負載、隔離軸頸與軸套，將金屬間的固體摩擦轉化為液體內部的分子摩擦，將摩擦磨損降至最低限度.因而能在最大范圍內滿足承載壓力、抗沖擊力、變換速度、軋制精度、結構尺寸與使用壽命等要求。
將軋制壓力、軋制速度、軸承間隙和潤滑油粘度四要素相匹配形成不間斷的穩定承載油膜，實現液體動壓潤滑，以滿足軋機在不同運轉狀態下的摩擦與潤滑。所以油膜軸承潤滑，常以下面三種形式表現：
起動或停機時，盡管軸與軸承間有潤滑油，但由于運動速度等于零或趨近于零，流體動壓潤滑尚未形成或逐漸消失，軸與軸承必然直接接觸，此時處于邊介潤滑甚至是半干摩擦狀態。
軋機操作中.由于產生震動或進水過多或供油不足或油質有問題都可能產生混合潤滑。
軋機運轉正常平穩時，呈流體潤滑。因此，油膜軸承的潤滑特點是上述三種情況交替存在的混合潤滑。
軋機油膜軸承潤滑油特點
為適應鋼鐵企業高速、重載、自動化、大型化和高產的需要，解決軋機油膜軸承的潤滑要求，滿足日趨苛刻的工況條件，對軋機油膜軸承所用的潤滑油有了更高的要求。
軋機油膜軸承的潤滑特點，決定了潤滑油必須滿足其使用性能要求，方可保障軋機的正常運轉和連續生產。因此，潤滑油需具備以下性能：
優良的粘溫性能（高粘度指數），在軸承溫度大幅度變動時仍能實現各個潤滑部位的正常潤滑。
優越的抗乳化性能（即分水性），在長期使用中能迅速分離油中水份。
良好的抗磨及極壓性能，運轉時油中混入少量水分時，仍能形成油膜保持重載和抗磨性能。
良好的抗磨、防銹、抗泡沫性能，防止潤滑系統產生銹蝕，阻塞油路、造成磨損和供油不足。
良好的氧化安定性、清洗性與過濾性，使潤滑系統油路暢通，保證潤滑正常。
軋機油膜軸承的常見故障及對策
油膜軸承結構原理雖不很復雜，但是其制造精度要求高，對安裝、使用、維護的要求也非常嚴格。為此，油膜軸承的裝配、檢修、使用維護工作的好壞直接影響其使用效果和使用壽命，以及企業作業現場連續化大生產能否正常運行。
從油膜軸承的失效形式來看主要有：
磨損、銹蝕、劃傷、片狀剝落、塑性流動、龜裂、燒熔、規則裂紋、邊緣磨損。從現場油膜軸承易發生的故障來看，主要體現在以下方面：①漏油；②軸承進水；③軸承發熱、燒損；④異常磨損。軸承的失效是造成軸承發生故障的重要因素
1、漏油
軋機油膜軸承漏油主要分為軸承本體漏油和聯接管件漏油。
（1）軸承本體漏油
軸承本體漏油現場主要表現在軸承密封處即或是軸承端蓋接合部，或是排氣孔部位漏油。
原因分析：①端蓋螺栓松動。由于軋制時振動較大，端蓋螺栓易被震松，造成端蓋松動，形成漏油；②端面密封老化、破損造成漏油；③軸承油封損壞或裝配不到位。
對以上情況可以采取的對策是：①緊固端蓋螺栓并全部加彈簧墊，并在螺栓頭部鉆孔，用鐵絲穿孔對稱拉緊；②定期對密封進行檢查更換；③對油封、水封、端面密封要裝配到位，不能有卡滯現象。
（2）軸承聯接管件漏油
軸承聯接管件漏油主要表現為：出油管、管接頭、排氣孔等處的滲漏現象。
原因分析：①進出油管接頭未接好；②管接頭密封損壞；③油管破損；④回油不暢，造成排氣孔漏油。
處理、預防對策：①對進出油口管接頭接好后進行再確認；②裝管接頭時要檢查密封使用情況并及時對老化、破損的密封進行更換；③定期對進出油管進行在線運行檢查；④對排氣孔進行改造，將排氣孔從油管接頭處改至油膜軸承端蓋上側。
2、軸承進水
軋機油膜軸承進水從現場觀察主要是供油系統油箱液位增高：在沒有補充油品的情況下，說明冷卻水已大量滲入。并且從油箱排水口可以排出水。
進水的主要原因是：①軸承回轉密封、老化破損，從而導致進水；②排氣孔位置不合理，可導致在系統運行一段時間后，回轉密封處出現輕微負壓從而進水；③從油箱的蒸汽加熱管路或冷卻水的管路中進水。
進水后所產生的后果主要是造成維襯套的大量銹蝕報廢，降低油膜強度；減弱潤滑油的脫水性能。縮短油品的使用周期。
針對以上情況可以采用的對策是：①對所有下機的軸承箱的水封進行全面檢查更換；②對在線運行的軸承箱進行跟蹤，嚴密注意油箱的液位變化及每天油箱定時放水的時間和水量；③重新設計改造進氣孔的位置及形狀。也就是將進排氣孔從回油接頭處改至軸承箱端蓋上側，從而避免了在系統啟動后由于進出油口的壓力變化而影響軸承內部的壓力。
3、軸承發熱、燒損
在現場運行中，油膜軸承在某種異常情況下軸承會突然發熱，而且溫度會急劇升高，并會產生煙霧和大量水蒸氣，最后電機無力拖動或傳動環節損壞而被迫停機；這就是"燒熔"，即發生在軋機運行中，襯套巴氏合金被熔化的現象。它還有一種情況是在軸承拆開時發現巴氏合金被熔化。
造成其故障的主要原因可能為：①違規操作。在潤滑油尚未循環的情況下，便啟動軋機；②在軋機工作中潤滑油系統突然停止供油，如管路堵塞、油管接頭脫落等；③在軋機速度升高到正常軋制速度時，潤滑油供應嚴重不足；④軋制壓力過大，軋速過高；⑤油膜軸承相對間隙過小或者過大；⑥潤滑油粘度過小或者潤滑油乳化嚴重，含水量過高，從而造成邊界摩擦，發熱后難以導出，造成巴氏合金熔化。
可以采取的預防對策：①加強維護，避免潤滑系統事故。主要對自控、自鎖裝置做經常性的檢查；②定期檢查軸承的間隙并及時進行調整更換；③強化現場的點檢，關鍵部位，定時專人檢查；④對以前的管路及管接頭進行改造，杜絕由于管路泄漏而造成的故障。
軋機油膜軸承的安裝步驟
軋機油膜軸承的組裝。在對軋機油膜軸承進行組裝時，首先對軸承座、油膜軸承錐套、襯套和輔助配件清洗，清洗時不得使用刮刀及磨料。利用翻轉機將清洗后的軸承座翻轉，使軸承座孔垂直，輥外側且開口向上。
一般的安裝方法是在將錐套裝入襯套孔的過程中間斷性地下降錐套，并對軸承座到錐套邊部的周向四點進行測量，調整起重設備，使四點測量值相同，然后將錐套緩慢落放到安裝位置。當錐套裝入襯套約一半時，旋轉錐套使鍵槽在軸承座的水平中心線上方。
將軋機油膜軸承的靜壓軟管、快換接頭、連接接頭及密封預先裝配好，然后將靜壓軟管穿過軸承座上的開孔，其一端與襯套靜壓彎頭連接。需要切記的是，快換接頭安裝后，必須低于軸承座表面的1/8。