什么是油膜轴承？常见的故障分析及解决方法
什么是油膜轴承？常见的故障分析及解决方法
- 2021/11/17 14:59:38
现代轧机的主要特征是大型、高速、重载、连续、自动，现代大型轧机特别是具有板型、板厚自动控制的大型板、带材连轧机大都采用油膜轴承，应用在轧机上作为工作辊轴承或支承辊轴承的称做轧机油膜轴承，这类轴承基本上属于低速重载、中速中载或重载轴承。轧机油膜轴承是油膜轴承中承载最大的轴承之一。
油膜轴承的种类繁多，用途十分广泛，像汽轮机、发电机组、球磨机、风机轴承、天文、航空、航天设备使用的轴承等等。
油膜轴承主要由锥套、衬套、止推轴承部分、密封系统、锁紧系统等部分组成。油膜轴承有很多特点：承载能力大，抗冲击能力强，使用寿命长，速度范围宽，结构尺寸小，摩擦系数低。
一般轧机机械可分为轧钢机和有色金属轧机（主要是铝材轧机和铜材轧机），按轧制产品又可分为线材轧机、型材轧机、带材轧机、板材轧机（分宽厚板、中厚板、热轧板、冷轧板）等。现今轧机使用的轴承主要有滚动轴承和油膜轴承两大类，根据轧机的不同性能和用途选用不同种类的轴承，一般轧钢机和铜材轧机使用油膜轴承为主，铝材轧机习惯使用滚动轴承。
线材轧机粗轧和中轧机组以使用滚动轴承为主，例如型钢轧机和棒材轧机大多使用滚动轴承。预精轧和精轧则是以使用油膜轴承为主。
带材轧机目前国内仍是以滚动轴承为主，但因其承载低与寿命短等原因有逐步向油膜轴承发展的趋向。
板材轧机、一般中厚板轧机和热连轧机都是使用油膜轴承，冷连轧机大部分使用油膜轴承，部分使用滚动轴承，其中以日本冷轧机推行使用较多，西欧、美国、俄罗斯、中国等其它国家很少推荐使用滚动轴承。
油膜轴承分类
油膜轴承按形成机理分为静压油膜轴承、动压油膜轴承和动静压油膜轴承。
静压油膜轴承靠外部压力形成纯液体摩擦，因需要较为复杂的供油系统，应用较少。它的工作原理是轴颈和轴承被外界供给的一定压力的承载介质完全隔开，从而减低轴颈和轴承间相对摩擦，介质膜体的形成不受相对滑动速度的限制，在各种速度（包括零速度）下，均有较大承载能力。根据介质不同，静压轴承可分为液体静压轴承，气体静压轴承。
动压油膜轴承基于流体的动压原理。旋转的轴不断地把具有一定粘度的润滑油带人收敛的楔形问隙，由于润滑油在被轴卷吸人收敛的楔状间隙的过程中受到压迫，就产生了反抗力，当在载荷方向动压力之和足以能平衡外载荷时，在轴与轴承之间就形成了一个完整的压力油膜，使轴与轴承的表面脱离接触，形成纯液体摩擦。
动静压混合轴承是一种既综合了液体动压和静压轴承的优点，又克服了其缺点的新型多油楔油膜轴承。它利用静压轴承的节流原理，使压力油腔中产生足够大的静压轴承载力，从而克服了液体动压轴承启动和停止时出现的干摩擦造成主轴与轴承磨损现象，提高了主轴和轴承的使用寿命及精度保持性；轴承油腔大多采用浅腔结构，在主轴启动后，依靠浅腔阶梯效应形成的动压承载力和静压承载力叠加，大大地提高了主轴承载能力，而多腔对置结构又极大地增加了主轴刚度；高压油膜的均化作用和良好的抗振性能，保证了主轴具有很高旋转精度和运转平稳性。
轧机油膜轴承的润滑
油膜轴承是一种以润滑油作为润滑介质的径向滑动轴承，其工作原理是：在轧制过程中，由于轧制力的作用，迫使辊轴轴颈发生移动，油膜轴承中心与轴颈的中心产生偏心，使油膜轴承与轴颈之间的间隙形成了两个区域，一个叫发散区（沿轴颈旋转方向间隙逐渐变大），另一个叫收敛区（沿轴颈旋转方向逐渐减小）。当旋转的轴颈把有粘度的润滑油从发散区带入收敛区，沿轴颈旋转方向轴承间隙由大变小，形成一种油楔，使润滑油内产生压力。
承载油膜又称之为压力油膜，它起到平衡负载、隔离轴颈与轴套，将金属间的固体摩擦转化为液体内部的分子摩擦，将摩擦磨损降至最低限度.因而能在最大范围内满足承载压力、抗冲击力、变换速度、轧制精度、结构尺寸与使用寿命等要求。
将轧制压力、轧制速度、轴承间隙和润滑油粘度四要素相匹配形成不间断的稳定承载油膜，实现液体动压润滑，以满足轧机在不同运转状态下的摩擦与润滑。所以油膜轴承润滑，常以下面三种形式表现：
起动或停机时，尽管轴与轴承间有润滑油，但由于运动速度等于零或趋近于零，流体动压润滑尚未形成或逐渐消失，轴与轴承必然直接接触，此时处于边介润滑甚至是半干摩擦状态。
轧机操作中.由于产生震动或进水过多或供油不足或油质有问题都可能产生混合润滑。
轧机运转正常平稳时，呈流体润滑。因此，油膜轴承的润滑特点是上述三种情况交替存在的混合润滑。
轧机油膜轴承润滑油特点
为适应钢铁企业高速、重载、自动化、大型化和高产的需要，解决轧机油膜轴承的润滑要求，满足日趋苛刻的工况条件，对轧机油膜轴承所用的润滑油有了更高的要求。
轧机油膜轴承的润滑特点，决定了润滑油必须满足其使用性能要求，方可保障轧机的正常运转和连续生产。因此，润滑油需具备以下性能：
优良的粘温性能（高粘度指数），在轴承温度大幅度变动时仍能实现各个润滑部位的正常润滑。
优越的抗乳化性能（即分水性），在长期使用中能迅速分离油中水份。
良好的抗磨及极压性能，运转时油中混入少量水分时，仍能形成油膜保持重载和抗磨性能。
良好的抗磨、防锈、抗泡沫性能，防止润滑系统产生锈蚀，阻塞油路、造成磨损和供油不足。
良好的氧化安定性、清洗性与过滤性，使润滑系统油路畅通，保证润滑正常。
轧机油膜轴承的常见故障及对策
油膜轴承结构原理虽不很复杂，但是其制造精度要求高，对安装、使用、维护的要求也非常严格。为此，油膜轴承的装配、检修、使用维护工作的好坏直接影响其使用效果和使用寿命，以及企业作业现场连续化大生产能否正常运行。
从油膜轴承的失效形式来看主要有：
磨损、锈蚀、划伤、片状剥落、塑性流动、龟裂、烧熔、规则裂纹、边缘磨损。从现场油膜轴承易发生的故障来看，主要体现在以下方面：①漏油；②轴承进水；③轴承发热、烧损；④异常磨损。轴承的失效是造成轴承发生故障的重要因素
1、漏油
轧机油膜轴承漏油主要分为轴承本体漏油和联接管件漏油。
（1）轴承本体漏油
轴承本体漏油现场主要表现在轴承密封处即或是轴承端盖接合部，或是排气孔部位漏油。
原因分析：①端盖螺栓松动。由于轧制时振动较大，端盖螺栓易被震松，造成端盖松动，形成漏油；②端面密封老化、破损造成漏油；③轴承油封损坏或装配不到位。
对以上情况可以采取的对策是：①紧固端盖螺栓并全部加弹簧垫，并在螺栓头部钻孔，用铁丝穿孔对称拉紧；②定期对密封进行检查更换；③对油封、水封、端面密封要装配到位，不能有卡滞现象。
（2）轴承联接管件漏油
轴承联接管件漏油主要表现为：出油管、管接头、排气孔等处的渗漏现象。
原因分析：①进出油管接头未接好；②管接头密封损坏；③油管破损；④回油不畅，造成排气孔漏油。
处理、预防对策：①对进出油口管接头接好后进行再确认；②装管接头时要检查密封使用情况并及时对老化、破损的密封进行更换；③定期对进出油管进行在线运行检查；④对排气孔进行改造，将排气孔从油管接头处改至油膜轴承端盖上侧。
2、轴承进水
轧机油膜轴承进水从现场观察主要是供油系统油箱液位增高：在没有补充油品的情况下，说明冷却水已大量渗入。并且从油箱排水口可以排出水。
进水的主要原因是：①轴承回转密封、老化破损，从而导致进水；②排气孔位置不合理，可导致在系统运行一段时间后，回转密封处出现轻微负压从而进水；③从油箱的蒸汽加热管路或冷却水的管路中进水。
进水后所产生的后果主要是造成维衬套的大量锈蚀报废，降低油膜强度；减弱润滑油的脱水性能。缩短油品的使用周期。
针对以上情况可以采用的对策是：①对所有下机的轴承箱的水封进行全面检查更换；②对在线运行的轴承箱进行跟踪，严密注意油箱的液位变化及每天油箱定时放水的时间和水量；③重新设计改造进气孔的位置及形状。也就是将进排气孔从回油接头处改至轴承箱端盖上侧，从而避免了在系统启动后由于进出油口的压力变化而影响轴承内部的压力。
3、轴承发热、烧损
在现场运行中，油膜轴承在某种异常情况下轴承会突然发热，而且温度会急剧升高，并会产生烟雾和大量水蒸气，最后电机无力拖动或传动环节损坏而被迫停机；这就是"烧熔"，即发生在轧机运行中，衬套巴氏合金被熔化的现象。它还有一种情况是在轴承拆开时发现巴氏合金被熔化。
造成其故障的主要原因可能为：①违规操作。在润滑油尚未循环的情况下，便启动轧机；②在轧机工作中润滑油系统突然停止供油，如管路堵塞、油管接头脱落等；③在轧机速度升高到正常轧制速度时，润滑油供应严重不足；④轧制压力过大，轧速过高；⑤油膜轴承相对间隙过小或者过大；⑥润滑油粘度过小或者润滑油乳化严重，含水量过高，从而造成边界摩擦，发热后难以导出，造成巴氏合金熔化。
可以采取的预防对策：①加强维护，避免润滑系统事故。主要对自控、自锁装置做经常性的检查；②定期检查轴承的间隙并及时进行调整更换；③强化现场的点检，关键部位，定时专人检查；④对以前的管路及管接头进行改造，杜绝由于管路泄漏而造成的故障。
轧机油膜轴承的安装步骤
轧机油膜轴承的组装。在对轧机油膜轴承进行组装时，首先对轴承座、油膜轴承锥套、衬套和辅助配件清洗，清洗时不得使用刮刀及磨料。利用翻转机将清洗后的轴承座翻转，使轴承座孔垂直，辊外侧且开口向上。
一般的安装方法是在将锥套装入衬套孔的过程中间断性地下降锥套，并对轴承座到锥套边部的周向四点进行测量，调整起重设备，使四点测量值相同，然后将锥套缓慢落放到安装位置。当锥套装入衬套约一半时，旋转锥套使键槽在轴承座的水平中心线上方。
将轧机油膜轴承的静压软管、快换接头、连接接头及密封预先装配好，然后将静压软管穿过轴承座上的开孔，其一端与衬套静压弯头连接。需要切记的是，快换接头安装后，必须低于轴承座表面的1/8。