【文章內(nèi)容簡介】 內(nèi)的污物排除，提高軸承的使用壽命，卷筒運(yùn)行阻力基本維持恒定。滾動軸承所用潤滑劑分為三大類，即潤滑油、潤滑脂和固體潤滑劑，其中潤滑脂的應(yīng)用最為廣泛。卷筒因其結(jié)構(gòu)的限制和使用條件的要求，一般采用脂潤滑。煤礦中常用的潤滑脂有三大類：鈣基潤滑脂、鈉基潤滑脂和鋰基潤滑脂。鈣基潤滑脂俗稱黃油，是最早使用的脂，價格低廉，耐水性較好，防水性一般，適用于60～80℃以下溫度，有的品種使用溫度可達(dá)120℃，但價格也相應(yīng)上升，耐熱性差，不可加熱溶化使用，以免變質(zhì)。鈉基潤滑脂的使用溫度高于鈣基，各項性能與鈣基相近，但它的耐水性差，適用于干燥的工作環(huán)境。鋰基潤滑脂有極好的剪切安定性、很好的耐水性、防銹性、抗氧化性以及較好的耐磨性和抗壓性，而滴點可達(dá)190℃甚至更高，摩擦系數(shù)比一般脂低，允許軸承有較高的工作轉(zhuǎn)速。鋰基潤滑脂的價格偏高，也不能與其它脂混用。卷筒密封性能的好壞，對于卷筒的使用壽命有很大的影響。密封是為了防止外界灰塵、煤粉、水分等侵入軸承。軸承密封結(jié)構(gòu)是影響卷筒使用壽命和運(yùn)轉(zhuǎn)阻力的一個重要因素。若密封不好，軸承就容易失效。在通用機(jī)械中，軸承的密封結(jié)構(gòu)主要有三種方式：①迷宮式密封，這種密封方式運(yùn)轉(zhuǎn)阻力小，防塵性能好，但是防水性能差，密封效果稍差，而且，迷宮式密封的卷筒在低溫下工作時，其旋轉(zhuǎn)阻力較常溫下成倍增加，低溫地區(qū)使用時一定要注意，有的采用徑向式迷宮，也有的卷筒使用雙套，效果更好，但較繁瑣；②接觸式密封，密封效果較非接觸式好，但是運(yùn)轉(zhuǎn)阻力偏大，用于旋轉(zhuǎn)速度不太高的情況；③組合式，這種是結(jié)合前面兩種優(yōu)點的一種混合密封方式。 在理想的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，滾動軸承在任何應(yīng)用中都將因疲勞而最終停止運(yùn)轉(zhuǎn)。然而，由于卷筒運(yùn)轉(zhuǎn)的環(huán)境惡劣，卷筒軸承的密封難以保證，致使卷筒軸承失效。導(dǎo)致卷筒軸承失效的原因十分復(fù)雜，除了常規(guī)的疲勞失效外，固體顆粒、腐蝕性的氣體和液體侵入滾道，潤滑脂老化，配合零件不同心和密封間隙不適當(dāng)?shù)榷伎蓪?dǎo)致卷筒軸承的實際使用壽命大大低于計算的名義壽命。卷筒的使用壽命主要取決于軸承及密封的性能，如果卷筒具有良好的密封性能(如采用組合密封)，那么卷筒的使用壽命就能大大延長。軸承不僅對卷筒使用壽命有重大影響，而且對卷筒旋轉(zhuǎn)阻力也有一定的影響。測試結(jié)果表明：軸承的摩擦阻力約占卷筒旋轉(zhuǎn)阻力的1/4—1/8。分析國內(nèi)卷筒軸承失效的原因，主要包括如下幾個方面：1) 疲勞破壞。滾動軸承在工作過程中，滾動體和內(nèi)(外)圈不斷地轉(zhuǎn)動，滾動體與滾道接觸表面受脈動載荷的反復(fù)作用，首先在表面下一定深度處產(chǎn)生疲勞裂紋，繼而擴(kuò)展到接觸表面，形成疲勞點蝕，致使軸承不能夠正常工作。一般來說，疲勞點蝕是滾動軸承的主要失效形式。2) 正常磨損。滾動體和滾道由于有相對運(yùn)動，因而就會產(chǎn)生磨損。滾動軸承的座圈滾道嚴(yán)重磨損將影響軸承的正常工作，破壞軸承與殼體、軸與軸的正確配合關(guān)系，產(chǎn)生噪聲。產(chǎn)生的主要原因可能是座圈內(nèi)落入沙塵、金屬碎屑等異物，或者污物和磨損的鐵屑進(jìn)入潤滑油脂就會破壞滾道面的油膜形成，甚至造成局部應(yīng)力集中，加劇磨損發(fā)生。潤滑油不足及潤滑油質(zhì)量不符合要求等也會產(chǎn)生磨損。3) 表面膠合。機(jī)油質(zhì)量、牌號不符合發(fā)動機(jī)用潤滑油要求，保管不當(dāng)，進(jìn)水使機(jī)油變質(zhì)(變成土黃色)，失去潤滑功能。潤滑不好時，相對運(yùn)動表面會有膠合現(xiàn)象。這是因為局部發(fā)生溫度過高，金屬晶粒從一個表面轉(zhuǎn)移到另一個表面，嚴(yán)重時會引起疲勞剝落。這種情況常常發(fā)生在滾動體端面和導(dǎo)環(huán)發(fā)蘭面上。如果軸承配合過松，會出現(xiàn)內(nèi)外圈與軸或軸承座相對轉(zhuǎn)動而引起表面膠合。4) 塑性變形。當(dāng)軸承轉(zhuǎn)速很低或間歇擺動時，在很大的靜載荷或沖擊載荷作用下，會使軸承滾道和滾動體接觸處的局部應(yīng)力超過材料的屈服極限，產(chǎn)生塑性變形(滾道表面形成變形凹坑)，而使軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生劇烈振動和噪聲，若變形量超過一定范圍，將導(dǎo)致軸承不能夠正常工作。這種情況一般發(fā)生在低速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承上。5) 腐蝕。軸承內(nèi)部含有水分或者化學(xué)成分，油膜無法保護(hù)金屬表面， 迅速導(dǎo)致軸承生銹或化學(xué)腐蝕。6) 電蝕。由于在設(shè)備上進(jìn)行焊接時，不正確的焊接方法，導(dǎo)致焊接電流通過軸承，引起軸承表面電蝕。7) 氣蝕。因轉(zhuǎn)速變化引起潤滑油流速的改變，油中產(chǎn)生氣泡，氣泡破裂時產(chǎn)生的壓力連續(xù)沖擊合金表面，導(dǎo)致合金表面損傷而造成的。這種現(xiàn)象在高速、大負(fù)荷時尤為劇烈。8) 剝落。承受負(fù)荷而又相對運(yùn)動的接觸表面，由于反復(fù)承受負(fù)荷，使表層金屬成片狀剝落下來，致使軸承不能正常工作。9) 使用維護(hù)以及保養(yǎng)不良，潤滑密封不良的原因，軸承內(nèi)外圈、滾動體、保持架等都會發(fā)生斷裂、破碎，同上述剝落一樣，眾多因素都會導(dǎo)致軸承失效。10) 軸承燒傷。滾動軸承的軸承內(nèi)，外圈及滾動元件一般用高純度的特種鉻合金鋼制成，硬度相當(dāng)高。但如果潤滑不良、潤滑油質(zhì)量不符合要求，潤滑油不清潔，混有異物或者潤滑油不純，所含的化學(xué)雜質(zhì)(酸性氧化物等)侵入到軸承滾動體引起的，氧化物產(chǎn)生主要是機(jī)油高溫氧化的結(jié)果。溫度低于l50℃時，腐蝕較為緩慢。使用時應(yīng)注意潤滑油和冷卻水的溫度，切忌在高溫下工作。軸承選型不當(dāng)、安裝欠妥都可能使軸承燒傷，使軸承滾道、滾動體回火損傷。11) 軸承本身的制造質(zhì)量差，引起的失效。12) 軸承的裝配質(zhì)量較差，引起軸承失效。 卷筒軸承失效的故障樹分析（1）建立軸承失效的故障樹在對卷筒軸承進(jìn)行失效模式與原因分析的基礎(chǔ)上, 運(yùn)用故障樹原理與方法, 建立軸承失效故障樹。以卷筒軸承失效作為頂事件, 第一步找出直接導(dǎo)致頂事件發(fā)生的各種可能的因素和因素組合,由于它們?nèi)魏我粋€發(fā)生都會導(dǎo)致頂事件發(fā)生, 因而用邏輯或門符號將它們連接起來。其次再找出引起第一步中各因素發(fā)生的直接原因, 如塑性變形是由“沖擊、振動”“安裝失誤”和“過載”等原因引起的。循此格式逐級向下演繹, 直至找出各個基本事件(底事件) 為止, 并用一定的邏輯門符號連接起來, 這樣就得到如圖所示卷筒軸承失效的故障樹。 圖23 卷筒軸承失效故障樹示意圖卷筒軸承失效為T，M1為疲勞破壞，M2是軸承的塑性變形，M3為潤滑失效，M4是軸承腐蝕，M5是其他因素，M6安裝失誤，M7過載、沖擊振動，M8油溫過高，M9油質(zhì)不合格，M10為系統(tǒng)失效，X1為疲勞點蝕，X2是正常的疲勞磨損，X3是主軸偏心，X4為主要螺栓失效，X5為突然過載，X6為超載工作，X7是過載，X8為冷卻裝置失效，X9是環(huán)境溫度高于600C，X10牌號錯誤，X11雜質(zhì)，X12變質(zhì)，X13油路堵塞，X14元件失效，X15漏油，X16氣蝕，X17電蝕，X18剝落，X19軸承燒傷，X20制造質(zhì)量和裝配質(zhì)量差。（2）軸承失效故障樹的定性分析通過計算，軸承失效故障樹共有19個最小割集, 其中18個一階最小割集, 1個二階最小割集。最小割集為：[X1]、[X2]、[X3]、[X4]、[X5]、[X6]、[X7]、[X8,X9]、[X10]、[X11]、[X12]、[X13]、[X14]、[X15]、[X16]、[X17]、[X18]、[X19]、[X20]。一階割集只包含一個底事件, 也即只要這個底事件失效, 系統(tǒng)即失效。二階割集包含兩個底事件, 必需這兩個底事件同時失效, 系統(tǒng)才失效。因此, 要提高軸承的可靠性, 必需首先提高所有一階割集中底事件的可靠性。（3）軸承失效故障樹的定量分析綜述故障樹的定量分析包括頂事件的發(fā)生概率和概率重要度。通過計算將全部底事件按概率重要度由大到小排隊，就得出底事件的重要度順序。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，可根據(jù)底事件概率重要度的大小順序?qū)ふ夜收显?，制訂相?yīng)的維修方案或應(yīng)急措施。表23 軸承故障的定量分析事件名稱符號發(fā)生的概率概率重要度結(jié)構(gòu)重要度疲勞點蝕X1正常的疲勞磨損X2主軸偏心X3主要螺栓失效X4突然過載X5超載工作X6過載X7冷卻裝置失效X8環(huán)境溫度高于450CX9牌號錯X10雜質(zhì)X11變質(zhì)X12油路堵塞X13元件失效X14漏油X15氣蝕X16電蝕X17剝落X18軸承燒傷X19制造質(zhì)量和裝配質(zhì)量差X20通過計算的底事件的概率重要度和結(jié)構(gòu)重要度可以看出軸承的疲勞點蝕和過度磨損是造成軸承失效的主要原因，另外過載、元件失效和軸承的制造裝配質(zhì)量也是重要的影響因素，其他各因素也不同程度的影響卷筒軸承正常的工作。因此，我們通過故障樹分析找出了影響卷筒軸承失效的原因，并及時的采取措施避免軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時的失效。 卷筒密封件常用的材料有聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)和尼龍等。這些材料的耐熱性能和導(dǎo)熱性能較差，受熱后容易發(fā)生老化、分解和變質(zhì)，引起尺寸不穩(wěn)定。失效形式有： 1）密封件的老化：密封件的強(qiáng)度、彈性及抗溶脹性能下降，發(fā)粘，變硬和變脆等。 2）元件磨損嚴(yán)重：密封件密封表面出現(xiàn)偏磨，沿軸向有凹凸不平的劃痕，沿圓周方向有深度不同的溝槽。 3）損傷：唇口撕裂，局部嚴(yán)重變形，密封表面被銳器損傷，局部出現(xiàn)凹凸不平以及斷裂等。 4）扭曲：密封件出現(xiàn)局部翻轉(zhuǎn)、麻花形扭曲；沿圓周面塑性變形不均，局部出現(xiàn)不規(guī)則凹槽和凸起等。 5）膨脹：唇口軟化、發(fā)粘和局部剝離等。 6）燒蝕：支承環(huán)燒蝕，唇口碳化等。（1）建立密封件失效的故障樹 通過對密封件失效的原因分析和故障模式分析，建立卷筒軸承密封件失效的故障樹如圖24所示。圖24 密封件失效的故障樹示意圖X1油液與密封材料相容差，X2油液質(zhì)量差，X3選用密封件不當(dāng)，X4局部造成變形，X5花鍵、螺紋的失效，X6為安裝槽偏小，X7密封截面過大，X8流體中的固體微粒，X9粗糙度過低，X10加工紋理不合理，X11油液污染，X12密封件的存放不當(dāng)。（2）密封件失效的定性分析：橡膠密封件的失效主要表現(xiàn)為密封處的泄露和密封件的損壞，最終導(dǎo)致失去密封性，產(chǎn)生泄露。密封件的失效輕者影響卷筒軸承工作，浪費(fèi)能源和污染環(huán)境，重者會引起爆炸，失火，甚至危害安全。因此，準(zhǔn)確判斷橡膠密封件的失效原因，并采取相應(yīng)措施是十分必要的。密封件失效的原因主要有：1）選型不當(dāng)：選型不當(dāng)或選用不合格的密封件，常常會出現(xiàn)換一個壞一個的現(xiàn)象。2）裝配質(zhì)量不高：在實際統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)安裝不當(dāng)是造成密封件失效的主要原因，裝配時強(qiáng)行壓入，造成密封件局部變形以及密封面被花鍵或螺紋等銳邊處的毛刺劃傷等均會造成密封件失效。3）油液選用不當(dāng)：油液選用是否適當(dāng)主要表現(xiàn)在與橡膠密封件材料的相容性方面。如果所用油液與密封材料的相容性差，將加速橡膠變質(zhì)、膨脹、老化以及產(chǎn)生不沉性油泥，加速密封件的磨損。4）密封件的過度磨損是運(yùn)動密封件損壞的主要原因。密封流體中存在著各種固體微粒對密封唇口處的橡膠產(chǎn)生撕裂作用，加速磨損。安裝槽偏小或密封件截面選擇過大，使密封件的壓縮量過大，與密封面產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力。它會將密封接觸面間的潤滑劑擠出，無法形成油膜，形成干摩擦而引起卷筒軸承過度磨損。5）油液污染：油液污染嚴(yán)重將導(dǎo)致密封件發(fā)生磨料磨損、腐蝕磨損以及引起老化、龜裂、膨脹變形等，所以使用過程中必須及時地檢查油液的污染度，合理地確定換油周期，確保潤滑油的使用性能。6）密封件存放不當(dāng)：橡膠密封件放置、存放和運(yùn)輸不合理也是造成密封件失效的原因。7）密封面的表面缺陷(如溝槽，毛刺、劃傷等)，表面粗糙度過低，加工紋理不合理都會形成泄漏通道，在低壓時會出現(xiàn)泄漏。例如，往復(fù)運(yùn)動軸上的軸向劃傷、刀痕， 旋轉(zhuǎn)軸上的螺旋刀紋都是造成泄漏的隱患。（3）密封件失效的定量分析由以上分析可知系統(tǒng)共有10個最小割集，分別是[X1]、[X2]、[X3]、[X4]、[X5]、[X6，X7]、[X8]、[X9，X10]、[X11]、[X12]。表24給出了各個最小割集的發(fā)生的概率和結(jié)構(gòu)重要度。表24 密封件失效定量分析事件名稱符號發(fā)生的概率最小割集概率結(jié)構(gòu)重要度油液與密封材料相容差X1油液質(zhì)量差X2選用密封件不當(dāng)X3局部變形X4花鍵、螺紋的失效X5安裝槽偏小X6密封截面過大X7流體中的固體微粒X8粗糙度過低X9加工紋理不合理X10油液污染X11密封件的存放不當(dāng)X12從所計算的密封件失效的底事件的結(jié)構(gòu)重要度結(jié)果可知，密封件的裝配質(zhì)量不高和密封件的過度磨損是造成密封件失效的主要因素，其他影響因素按照結(jié)構(gòu)重要度依次從大往小排列對系統(tǒng)的影響程度依次減弱。（1）慎重選擇密封件選擇密封件時應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境，注重密封件的耐油性、耐磨性、耐熱性、耐寒性及耐化學(xué)藥品等性能，也應(yīng)考慮其彈性和抗拉強(qiáng)度等機(jī)械性能，(～．)。（2）嚴(yán)格按要求安裝密封件安裝方法不當(dāng)是造成密封件失效的主要原因，因此安裝時必須注意以下幾點：1）避免密封件受損。為防止密封件的唇邊損壞：?在密封件經(jīng)過的通道入口處設(shè)置倒角或?qū)蝈F面，并涂以高熔點的潤滑脂，使其能夠方便順利地裝入；(2)要注意清除進(jìn)排氣或進(jìn)出油孔邊緣的殘存毛刺。防止毛刺劃傷密封件表面；(3)遇有密封件需通過螺紋時，最好使用胎具或在螺紋處纏上膠帶或防損傷物，并涂以潤滑脂。2）注意密封件的方向性。除形圈外，一般密封件都有方向性，一旦裝錯方向就起不到密封作用。同時要注意輔助元件的安裝。3）為了避免和防止密封件擠出和扭曲，除了注意安裝方向、間隙和加裝擋圈外，還應(yīng)注意以下幾點：(1)根據(jù)液體壓力和密封間隙，選擇密封的硬度應(yīng)適當(dāng)；如密封槽棱角處的倒角半徑太大，密封圈會被擠出，加裝的擋圈也會被擠壓變形，～ mm；(2)如果選用大于規(guī)定尺寸的形圈，特別容易產(chǎn)生扭曲現(xiàn)象；(3)盡量避免因操作不慎而損壞密封圈，安裝時使用專用工具，不要使用螺絲刀等金屬工具，使用螺絲刀不僅會劃傷密封圈，還會使其扭曲