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振動壓路機振動軸承燒損原因及對策
2009-11-19
我部的三臺W1102H型振動壓路機投人使用以來，先后有兩臺出現過振動軸承燒損故障。事后，我們對振動軸承燒損原因作了系統分析，并采取了相應的防范和改進措施。
1、振動結構原理
該振動壓路機是通過正反高速旋轉的偏心塊產生的離心力，強迫振動輪振動壓實路面的，圖1為其結構原理圖，裝在連接板11上的振動馬達13，通過聯軸節12，帶動支承在振動軸承6上的偏心軸9作正反高速旋轉，產生的離心力強迫振動輪1振動。裝在偏心軸上的調幅裝置8用于改變振動的振幅，同時還可攪動潤滑油，形成飛濺式潤滑，從而起到潤滑和冷卻軸承的作用。裝在梅花板3上的驅動馬達2，通過減振塊4與振動輪1連接。
1、振動結構原理
該振動壓路機是通過正反高速旋轉的偏心塊產生的離心力，強迫振動輪振動壓實路面的，圖1為其結構原理圖，裝在連接板11上的振動馬達13，通過聯軸節12，帶動支承在振動軸承6上的偏心軸9作正反高速旋轉，產生的離心力強迫振動輪1振動。裝在偏心軸上的調幅裝置8用于改變振動的振幅，同時還可攪動潤滑油，形成飛濺式潤滑，從而起到潤滑和冷卻軸承的作用。裝在梅花板3上的驅動馬達2，通過減振塊4與振動輪1連接。
在這個裝置中，支承偏心軸的振動軸承受到很大的離心力的作用，且力的方向不斷變化，工作條件十分惡劣。
2、故障原因分析
經檢查認為，該軸承燒損是由于軸頸與軸承間的潤滑狀態發生惡變，由邊界潤滑轉化為部分干摩擦狀態而引起的，因此，避免軸承干摩擦狀態的產生是解決其燒損的關鍵。在正常工作中，軸頸與軸承之間有一定的間隙并有油膜存在，形成液體潤滑，此時摩擦產生的熱量小，熱量由機油帶走，使軸承處于正常工作溫度。如果軸承與軸頸直接接觸，形成部分干摩擦狀態，那么摩擦功耗就急劇增大，產生大量的摩擦熱，而由軸承四周散發及機油帶走的熱量不多，熱量積聚在軸承內，使軸承溫度不斷上升，當溫度超過軸瓦表面的合金熔點時，軸瓦表面便開始熔化，直至軸承完全燒損。導致軸承潤滑不良的主要因素有：
?。?）軸承孔同軸度或偏心軸軸頸跳動量超差
由圖1可以看出，該振動輪內的激振器采用偏心軸式，工作時在偏心軸的正反高速旋轉和調幅裝置的作用下將產生很大的離心力，而離心力通過兩端軸承來支承和傳遞，因此對振動輪兩端軸承孔的同軸度和偏心軸軸頸跳動量要求相當高。若其幾何尺寸超差，將致使主軸頸與軸瓦間隙太小或無間隙，潤滑油膜厚度不夠甚至無潤滑油膜。
（2）偏心軸表面粗糙度超差
如果潤滑油中含有金屬磨屑等雜質，經長時間磨合后，將會使偏心軸粗糙度超差，在軸頸表面出現許多金屬棱峰，這些金屬棱峰破壞了軸頸與軸瓦之間潤滑油膜的完整和連續性，嚴重者，大面積金屬棱峰將直接與軸瓦摩擦而造成軸瓦燒損。
?。?）潤滑油品質差
軸承工作條件惡劣，受沖擊負荷的影響顯著，若采用質量較差的機油（如抗氧化性、穩定性差）。不同牌號機油混用，或機油經長時間使用混入了大量灰塵，以及因工作溫度過高等因素使機油變質，均會對軸承工作時油膜的形成產生很大的負面影響。
?。?）機油粘度的選用指標不明確
振動輪工作時，其機油品質會隨運轉時間增長而逐漸變差，機油的粘度也會下降，故應確定機油的用油標準。機油粘度是其報廢的重要指標之一，根據我們計算分析，當機油的運動粘度下降到8mm2/s，軸承間隙在0.24-0.28范圍內時，軸承的膜厚比為λ=0.967。由于振動輪工作過程中偏心軸軸頸與軸承內表面在運轉中磨合，會使膜厚比有所增加，在這種狀態下仍處于混合潤滑狀態，尚能維持一定的油膜厚度，不致燒壞軸承。所以我們把報廢標準規定為其（HC－14機油）粘度下降到9.5mm2/s時需要更換機油。應根據此報廢標準，定期取樣化驗以控制機油使用質量。
（5）原結構存在缺陷
由圖1看出，軸承在潤滑時，靠調幅裝置8攪油，潤滑油沿調幅裝置圓周切線飛濺至套管7，然后反射形成飛濺油霧，靠油霧滲透進人軸承體內。這種激濺式潤滑是不充分的。再者，軸和軸承間隙內的潤滑油因沒有油道而不能將軸承工作產生的摩擦熱帶走，致使軸承的工作溫度升高，潤滑油粘度下降，油膜厚度減小。
3、故障排除措施
根據以上故障原因分析，現提出下面的防范措施：
?。?）裝配或檢修時，應使兩軸承座孔的同軸度、偏心軸軸頸跳動量在規定的范圍內；
?。?）偏心軸表面粗糙度應符合要求；
（3）確定機油油品的合理指標，并做到機油質量的定期檢查；
?。?）在軸承座上加裝灌油通道或增設油管，提高軸承的潤滑和散熱能力。
我們對這兩臺發生故障的機械按上述措施進行了改進，并定期對機油各項指標進行監測，再投人施工一年多，振動輪無任何故障發生。實踐證明，這種做法是成功的。
2、故障原因分析
經檢查認為，該軸承燒損是由于軸頸與軸承間的潤滑狀態發生惡變，由邊界潤滑轉化為部分干摩擦狀態而引起的，因此，避免軸承干摩擦狀態的產生是解決其燒損的關鍵。在正常工作中，軸頸與軸承之間有一定的間隙并有油膜存在，形成液體潤滑，此時摩擦產生的熱量小，熱量由機油帶走，使軸承處于正常工作溫度。如果軸承與軸頸直接接觸，形成部分干摩擦狀態，那么摩擦功耗就急劇增大，產生大量的摩擦熱，而由軸承四周散發及機油帶走的熱量不多，熱量積聚在軸承內，使軸承溫度不斷上升，當溫度超過軸瓦表面的合金熔點時，軸瓦表面便開始熔化，直至軸承完全燒損。導致軸承潤滑不良的主要因素有：
?。?）軸承孔同軸度或偏心軸軸頸跳動量超差
由圖1可以看出，該振動輪內的激振器采用偏心軸式，工作時在偏心軸的正反高速旋轉和調幅裝置的作用下將產生很大的離心力，而離心力通過兩端軸承來支承和傳遞，因此對振動輪兩端軸承孔的同軸度和偏心軸軸頸跳動量要求相當高。若其幾何尺寸超差，將致使主軸頸與軸瓦間隙太小或無間隙，潤滑油膜厚度不夠甚至無潤滑油膜。
（2）偏心軸表面粗糙度超差
如果潤滑油中含有金屬磨屑等雜質，經長時間磨合后，將會使偏心軸粗糙度超差，在軸頸表面出現許多金屬棱峰，這些金屬棱峰破壞了軸頸與軸瓦之間潤滑油膜的完整和連續性，嚴重者，大面積金屬棱峰將直接與軸瓦摩擦而造成軸瓦燒損。
?。?）潤滑油品質差
軸承工作條件惡劣，受沖擊負荷的影響顯著，若采用質量較差的機油（如抗氧化性、穩定性差）。不同牌號機油混用，或機油經長時間使用混入了大量灰塵，以及因工作溫度過高等因素使機油變質，均會對軸承工作時油膜的形成產生很大的負面影響。
?。?）機油粘度的選用指標不明確
振動輪工作時，其機油品質會隨運轉時間增長而逐漸變差，機油的粘度也會下降，故應確定機油的用油標準。機油粘度是其報廢的重要指標之一，根據我們計算分析，當機油的運動粘度下降到8mm2/s，軸承間隙在0.24-0.28范圍內時，軸承的膜厚比為λ=0.967。由于振動輪工作過程中偏心軸軸頸與軸承內表面在運轉中磨合，會使膜厚比有所增加，在這種狀態下仍處于混合潤滑狀態，尚能維持一定的油膜厚度，不致燒壞軸承。所以我們把報廢標準規定為其（HC－14機油）粘度下降到9.5mm2/s時需要更換機油。應根據此報廢標準，定期取樣化驗以控制機油使用質量。
（5）原結構存在缺陷
由圖1看出，軸承在潤滑時，靠調幅裝置8攪油，潤滑油沿調幅裝置圓周切線飛濺至套管7，然后反射形成飛濺油霧，靠油霧滲透進人軸承體內。這種激濺式潤滑是不充分的。再者，軸和軸承間隙內的潤滑油因沒有油道而不能將軸承工作產生的摩擦熱帶走，致使軸承的工作溫度升高，潤滑油粘度下降，油膜厚度減小。
3、故障排除措施
根據以上故障原因分析，現提出下面的防范措施：
?。?）裝配或檢修時，應使兩軸承座孔的同軸度、偏心軸軸頸跳動量在規定的范圍內；
?。?）偏心軸表面粗糙度應符合要求；
（3）確定機油油品的合理指標，并做到機油質量的定期檢查；
?。?）在軸承座上加裝灌油通道或增設油管，提高軸承的潤滑和散熱能力。
我們對這兩臺發生故障的機械按上述措施進行了改進，并定期對機油各項指標進行監測，再投人施工一年多，振動輪無任何故障發生。實踐證明，這種做法是成功的。
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