拋丸機拋頭軸承的失效分析及維護策略

拋頭軸承是拋丸機組內(nèi)的關(guān)鍵部件， 也是較易損壞的部件。本 文 通 過拋丸機拋頭軸承在各種條件下的使用壽命分析， 提出較為經(jīng)濟實用的維護方法。
1. 軸承工作條件及失效分析
拋頭采用 2313 調(diào)心滾子軸承， 轉(zhuǎn)速 3500r /min，較大輸入功率 15kW。軸向雙端固定， 預緊量可調(diào);徑向與軸和拋頭直接配合， 無調(diào)節(jié)裝置。載荷變化劇烈， 振動大。
通過大量的失效觀察， 2313 軸承在工作中的主要失效類型有: 外圈的過量變形失效、外圈的過量磨損失效、滾動體的過量變形失效、滾動體的剝落失效、保持架的斷裂失效、內(nèi)圈的點蝕失效。引起失效的主要原因有機械振動、磨粒磨損和潤滑劑高溫失效下產(chǎn)生的堅硬燒結(jié)物。
2. 對應的維護策略
( 1) 潤滑劑的質(zhì)與量 由失效因果圖 1 可見，潤滑劑是引起失效的重要原因。潤滑劑同時有降低摩擦， 減小振動， 密封軸承等多種作用， 是必不可少的。潤滑劑在反復溫升、強烈撞擊的條件下， 會出現(xiàn)凝 脂 萎 縮 和 基 礎 油 的蒸發(fā)， 當 基 礎 油 損 失 達50% ～ 60% 時， 潤滑劑即喪失潤滑能力。而且會氧化變質(zhì)形成堅硬的雜質(zhì)， 加速軸承的磨損。因此應嚴格控制潤滑劑的質(zhì)與量， 取得達到軸承較高壽命的較佳點。
圖 1 失效因果圖 雖然拋丸機軸承承受較大的交變載荷， 也不能選用含有諸如二硫化鉬等添加劑的潤滑脂， 因為磨損才是引起失效的主要因素。耐溫性能、高速性能、經(jīng)濟性是我們考慮的主要因素。3 號鋰基脂是比較合適的油品。
試驗選取 4 臺 QZG—S1000 拋頭分別每月固定加注10mL、20mL、40mL 和 80mL 的 3 號鋰基脂， 直到軸承失效， 記錄軸承壽命天數(shù)， 得到軸承使用壽命記錄 A( 見圖 2) 。試驗結(jié)果表明， 每月注油量在 40mL 左右時軸承達到較高壽命， 潤滑劑過少則潤滑不足， 過多則發(fā)熱過大， 都將對軸承的使用壽命造成不利的影響
圖 2 軸承使用壽命記錄 A ( 2) 保持架的改進 2313 軸承保持架為鋼板沖壓件， 在工作中受到劇烈變化載荷的沖擊而產(chǎn)生裂紋， 較終斷裂， 喪失夾持滾動體的作用， 使?jié)L動體在某一處聚集不能均勻排列， 引起強烈的偏心， 造成軸承安裝孔的磨損。其碎片不斷被潤滑劑帶入，碎片形狀不規(guī)整， 體積大， 硬度高， 成為軸承磨損的主要物質(zhì)。由保持架的斷裂造成并誘發(fā)的軸承失效約占總失效數(shù)的 60% 。
軸承的轉(zhuǎn)速較高， 無保持架的滿裝軸承并不適合。酚醛層壓布管實體保持架雖然強度不如鋼板沖壓件， 但其韌性有很大提升， 有利于防止保持架的斷裂，并且它的硬度很低， 斷裂后也不會造成另外的危害。實踐也證明， 采用酚醛層壓布管實體保持架的 2313T 軸承， 使用壽命可顯著提高約 40 個工作日。而其價格僅比 2313 軸承多 100 元左右， 是很經(jīng)濟的改進方案。
( 3) 振動的控制 因果圖顯示， 機械振動是引起軸承失效的根本原因， 但由于拋丸機的工作原理及其制造工藝， 機械振動難以消除。拋丸機葉片產(chǎn)生的負載不平衡， 軸承變形產(chǎn)生的偏心和軸承安裝孔磨損產(chǎn)生的偏心是引起振動的主要因素。
調(diào)整葉片的動平衡， 增大軸承的預緊力， 對減小振動有較好的作用。另外， 也要考慮到維護的成本。通過記錄在不同的拋頭維修次數(shù)下軸承的使用壽命， 我們得到軸承壽命記錄 B ( 見圖 3) ， 從記錄可以看出， 每一次的軸承更換， 都會對主軸的直線度、軸承座的尺寸等產(chǎn)生不良的影響， 使軸承與主軸、軸承座的配合喪失精度， 在運轉(zhuǎn)中振動加劇，造成更快的磨損和噪聲。軸承使用壽命隨著軸承更換次數(shù)的增多而減少， 軸承工作環(huán)境的不斷惡化使維護工作的效益越來越低。
圖 3 軸承壽命記錄 B 設定軸承 2313T 購得價格為 540 元， 維修成本為每人每小時 15 元， 共需兩人 2h 修復， 停機損失為每小時 50 元。則可計算出各次更換在一年內(nèi)造成的損失分別為: ( 15 × 2 + 50) × 2 + 540 = 700 元; 12 /8 ×700 = 1050 元; 12 /6 × 700 = 1400 元; 12 /6 × 700 = 1400元; 12 /5 × 700 = 1680 元; 12 /3 × 700 = 2800 元; 12 /2× 700 = 4200 元; 12 /1 × 700 = 8400 元。當進行到第六次更換時， 平均損失為 700 + 1050 + 1400 + 1400 + 1680+ 2800 = 9030 元， 已接近拋頭總成的價格約為 1 萬元， 進行第七次更換將超過更換總成的價格。因此，我們認為軸承在進行第六次更換后， 拋頭達到其經(jīng)濟壽命， 已不具備維護價值。
3. 結(jié)語
從失效分析得知， 機械振動是失效的根本原因，潤滑劑燒結(jié)物和保持架的碎片是失效的主要原因。較佳的維護策略為， 改用酚醛層壓布管實體保持架的 2313T 軸承; 每月加注約 40mL 的 3 號鋰基潤滑脂， 在使用中， 注意調(diào)節(jié)葉片的動平衡和軸承的預緊力; 在軸承更換六次后， 達到其經(jīng)濟壽命， 應換裝新的拋頭總成