压力机飞轮轴承高温报警问题解决

作者:长城汽车股份有限公司技术中心/河北省汽车工程技术研究中心 齐金城 杨利强 张永帅 杨建永 文章来源:AI《汽车制造业》 点击数:2 发布时间:2018-10-29
本文通过对压力机项目现场调试过程中,机械压力机存在的飞轮轴承温度高温报警问题的原因进行多方面分析,并制定了解决对策,同时探讨了集中不同的轴承设计形式,为相关从业人员提供了有益参考。
压力机飞轮轴承高温报警问题解决

大型机械压力机在安装完毕后,要经过不低于1 h的高速试运转试验。在试运转试验中,飞轮轴承高温报警停机是经常遇到的问题,问题发生后需对压力机飞轮拆卸检查,重新安装,严重影响正常的调试和生产。通过对某集团设备进行调查发现,从2010年以来,该问题共发生8次,几乎每个新建项目均出现此问题,所以有必要对此问题进行分析并在项目开展过程中加以控制,避免此问题出现。

现状调查

故障压力机飞轮支撑轴承由一对圆锥滚子轴承以“背靠背”的形式安装,如图1所示,轴承的温度检测设置在支撑轴上的表面,靠近轴承内圈。轴承润滑油通过支撑轴上的润滑油孔供给。

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1.故障现象

在压力机试运转过程中,压力机在10次空运行时,轴承温度没有问题,但当压力机空运行次数超过15次时,飞轮支撑轴承温度持续上升,出现报警停机;人为将轴承温度极限值上调时,轴承温度也将持续上升。故障压力机设备的测量数据如表1所示,问题分析如图2所示。

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原因分析

通过分析可知,飞轮支撑轴承温度持续上升的出现87.5%的情况下是由于轴承轴向安装间隙超差引起的,又有研究结果表明,轴承的轴向载荷变化是轴承温度上升的主要因素。因此应对引起轴承轴向游隙超差的原因进行分析。

1.圆锥滚子轴承游隙的确定

从机械设计的角度来说,圆锥滚子轴承工作间隙的设计要考虑与轴承配合的轴、孔公差以及轴承温升对轴承的影响,进而计算出轴承的径向工作间隙,再加工出合适的轴承内外隔套长度来控制轴承的轴向游隙,从而保证轴承径向工作间隙的实现。但是理论计算的数值在实际的使用中并不能保证所有设备工作正常。这是因为对于此类大型的轴承,不同的供应商提供的间隙值不一样,例如国际品牌SKF轴承,在其《圆锥滚子轴承的安装说明书》中,明确规定“若无具体说明,将轴向游隙调整在0.02~0.10 mm的范围”。 而一家国内知名轴承厂,就32052 轴承的轴向游隙,建议控制值为0.40 mm;另一家轴承厂家则是0.44~0.68 mm。所以,目前对于此类轴承,没有一个统一的标准,轴承游隙的确定是通过理论计算并综合轴承供应商的要求,然后通过后期使用验证再调整确定的。

2.轴承的安装

在实际安装过程中,由于现场管理问题,会出现安装轴承内部进入异物而未及时清理的情况,这样在运转后就会使轴承异常磨损发热。同时由于操作不规范以及对隔套安装面的敲击,导致磕伤、安装间隙小于设计值。当实际使用的两个轴承与设计品牌不一致或配对轴承品牌不一致时,由于不同厂家产品质量不同,对间隙的要求也不同,人为互换后会导致轴承工作间隙不匹配。

3.不良品的流出

不良品流出问题属于内部质量管理范畴,比较少见,但也是造成故障的原因之一,如隔套尺寸及轴承安装孔、安装轴尺寸加工超差以及轴承本身质量问题等,都属于不良品流出。

制定对策

对于现场问题,应将不合格的隔套重新制作,保证轴向游隙符合设计值;修整不合格的轴承孔。但若要从根源上解决问题,就要从设计到制作,再到安装过程,对涉及轴承工作间隙的相关事项进行整体的质量控制。具体步骤如下:

1)设计部门确定圆锥滚子轴承游隙时,一般要使用计算公式,得到一个理论值,但更准确的要结合具体轴承品牌及型号,来确定轴承的游隙。 轴承轴向游隙K=(B1+B2+B3)-(T1+T2+T3),轴承组件的总宽度B包含了轴承游隙,应通过修磨内隔套宽度来保证轴向游隙。如图3所示。

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2)现场安装时要严格按照设计时选定的品牌选择轴承,避免不同品牌轴承混用的情况,实际使用过程中出现问题,应及时反馈给设计部门进行及时修正;轴承安装应严格按照轴承安装规范执行,要保持安装现场的清洁,轴承安装前要保证良好的密封,避免灰尘、杂物进入轴承内部;禁止野蛮装配情况。

3)加强生产质量管理,对于压力机制造商来说,应严格按照检验流程对机械部件进行检验。
对于设备采购方,应进行关键部位质量监造,将轴承安装轴、安装孔、轴承隔套的尺寸的检验、轴承品牌核对编入监造质量控制计划,在设备制造阶段防止不良品流出。

4)为了检查轴承的实际轴向游隙,建议将加工好的隔套和轴承在实际装配前进一步验证。将轴承和隔套按照在飞轮中的工作状态进行预组装,第一次不加内隔套,测量两个内隔套外侧总长L1,然后,填加內隔套再次测量内隔套外侧总长L2,保证L2-L1的值符合设计要求间隙值,如图4所示。

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飞轮支撑轴承的设计形式

目前,压力机飞轮支撑轴承的设计形式主要有三种形式。

1.一对圆锥滚子轴承

此种布置形式由一对圆锥滚子轴承“背靠背”或“面对面”安装组成,如图5所示。其优点是:①能够承受较大的轴向力;②对飞轮加工精度(径向圆跳动、轴向圆跳动、动平衡)要求低。缺点为:①轴承游隙依靠轴承内外隔套尺寸及轴承与安装轴、安装孔的配合来实现,轴承的合理工作间隙不易确定和保证;②各厂家没有统一间隙标准值,不利于轴承通用。

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2.圆柱滚子轴承加调心滚子轴承

此类轴承由一盘NU型圆柱滚子轴承和一盘调心滚子轴承组成(图6),由于圆柱滚子轴承内圈与滚动体能够轴向移动,所以当支撑结构内部存在应力的情况下,通过轴承的轴向移动可以消除;同时,由于调心轴承的特点,滚动体与外圈允许在轴线方向偏转,接触线为根据实际位置修正后的线,适用于支撑座孔同心度不易保证、重载及振动载荷下工作。此种布置形式的优点为:①轴承游隙依靠轴承本身及安装轴、孔配合决定,内隔套只起固定轴承内圈的作用;②存在轴向内应力时,可沿轴承内圈轴向移动,避免轴承温度升高卡滞③调心滚子轴承内外圈之间可与允许摆动一定角度,能够承受因飞轮出现端面跳动对轴承运转带来的影响;④轴承工作间隙容易确定、保证。其缺点为:①允许承受的轴向力较小;②对飞轮轴承孔加工轴向圆跳动、径向圆跳动、轴承安装孔、轴精度及动平衡要求较高。

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3.一对带角环的NU型圆柱滚子轴承

NU型圆柱滚子轴承可以有效消除轴向应力,带角环的NU型轴承,由于角环的限制,可以允许轴承外圈及滚子在轴承允许的范围内游动。如图7所示。其优点是:①飞轮前、后支撑各安装一盘内圈带角环的圆柱滚子轴承,轴承游隙由轴承本身及安装轴、孔配合决定,中间隔套只是起定位轴承的作用,轴承的工作间隙容易确定、保证;②轴承内圈和滚动体可以相对轴向移动,避免因轴承组件存在轴向应力造成温度升高卡滞。其缺点是:①允许承受的轴向力小;②对飞轮轴承孔加工轴向圆跳动、径向圆跳动、轴承安装孔及动平衡要求高。

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综上所述,后两种轴承的布置形式,飞轮轴承的安装便于保证间隙,有利于避免飞轮轴承温度过高问题。

结语

压力机飞轮轴承温度过高是机械压力机调试中经常遇到的问题,在处理此类问题时,应通过对设备故障的分析,归纳总结原因,进而制定相应的措施。只要从故障的源头做好预防,在设备的设计、制作、安装过程加以控制,该问题是可以避免的。