低速重载滚动轴承的状态监测_刘仁德

现表明该轴承存在较严重的疲劳剥落现象 。
与 2#轴承比较 , 发现其润滑脂中大尺寸磨粒的
数量要少得多 。例如 , 2#轴承润滑脂中并没有尺寸超 过 200 μm 的大尺寸磨粒
出现 , 这与 2002 年 3 月
以前的 1#轴承润滑脂的情
况基本类似 。
213 电子探针分析
利用电子探针对 1#回
转台轴承润滑脂中残留的 图 6 金属磨粒的电
2006年 7月 第 7期 (总第 179期 )
润滑与密封
LUBR ICATION ENGINEER ING
低速重载滚动轴承的状态监测
July 2006 No17 ( serial No1179)
刘仁德 倪 正
(上海宝钢工业检测公司 上海 201900)
摘要 : 炼钢厂连铸机大包回转台轴承是典型的大型低速重载回转设备 , 由于常规的振动传感器很难拾取如此低频的 信号致使振动分析无法进行 , 因此利用润滑脂的光谱和铁谱分析方法对其进行状态监测 。在此研究过程中 , 开发出新的 润滑脂专用溶剂 。研究结果表明 , 利用润滑脂的光谱和铁谱分析技术来评价该类型低速重载轴承磨损状态是可行的 , 1# 连铸机大包回转台轴承的使用寿命延长到了 14年 。
经过大量试验 , 发 现以下取样方法是非常 有效的。首先 , 如图 1 所示 , 在轴承的圆周上 作出标记作为取样点。 然后将轴承外部已被污 染的润滑脂擦拭干净 , 在保持轴承不断运转的 图 1 取样点分布示意图
同时 , 通过油泵加入新脂的方式将旧油脂挤压出来 。 最后 , 从 4个取样点将挤出的油脂收集到塑料瓶中 。 114 分析方法
large dimension normal vibration analysis can not be performed on it because of the lim itation of their sensors in signal2col2 lecting for the low rotary frequencies of the bearing. Spectroscopy and ferrography of used grease was app lied to monitor its wear condition and special solvents for the grease were developed during the analysis p rocess. According to the analytical results, the service life of the ladle turret bearing in No11 continuous casting machine was extended to 14 years long and significant expense was saved, which p roves that it is feasible for grease analysis to be used in the condition monitoring of low speed and heavily loaded rolling element bearing, especially those deferrable bearings.
L iu R e nde N i Zhe ng
( Shanghai Baosteel Industry Inspection Company, Shanghai 201900, China) Abstract: Rotary bearing of ladle turret in continuous casting machine is characterized by low speed, heavy load and
关键词 : 滚动轴承 ; 大包回转台轴承 ; 状态监测 ; 润滑脂 ; 铁谱技术 中图分类号 : TH117 文献标识码 : A 文章编号 : 0254 - 0150 (2006) 7 - 171 - 3
Cond ition M on itor ing of L ow2speed and Heav ily L oaded Rolling Elem en t Bear ing
2006年第 7期
Hale Waihona Puke Baidu
刘仁德等 : 低速重载滚动轴承的状态监测
173
削磨粒的出现显示摩擦副的两表面之间还出现了双体
型磨料磨损 。大尺寸的严重滑动磨粒的出现则表明摩
擦副之间滑动磨损比较严重 。此外 , 有的 油 样中 甚
至还有少量肉眼可见的尺寸在 2 000 ～3 000 μm 之
间的超大尺寸块状磨粒出现 。这种超大尺寸磨粒的出
Keywords: rolling element bearing; ladle turret; condition monitoring; grease; ferrography
目前进行状态监测的手段 , 使用比较普遍的方法 主要有振动分析 、油液分析 。对于大型低速重载回转 轴承 , 由于其转速非常低 , 致使常规的振动分析方法 很难拾取如此低频的信号 , 因而很难用常规的振动分 析来对其进行监测 。同时大型低速重载回转机械几乎 都采用油脂润滑 , 常规的油液分析技术也无法用来对 其进行状态监测 。因此 , 开发具有高可靠性且费用较 低的新技术手段是非常必要的 。
通过原子发射光谱 、铁谱和电子探针技术对轴承 的磨损状态进行监测 , 仪器的型号如下 :
(1) Baird 公司的 MOA 型油料光谱仪 ; (2) Standard O il公司的双联铁谱仪 ; (3) Predict公司旋转式铁谱仪 ; (4) O lympus公司 BX260 光学显微镜 ; (5) EPM 2810Q 型电子探针 。
要表现在轴承滚道上出现了严重的疲劳剥落现象 。考 虑到该轴承的异常磨损有加速发展且已经大大超出设 计寿命这一现实情况 , 因此建议生产厂尽快准备备 件 , 更换轴承 。
根据建议 , 生产厂于 2003年 11月对其进行解体 检查 , 发现轴承内 、外圈主推力滚道均有严重的疲劳 剥落现象 (见图 7 和图 8) , 进一步证明作者此前的 诊断结论是完全准确的 。 3 结论
Mo
0145
0157
0144
0149
结果表明 , 润滑脂中的大尺寸磨粒成分主要为 42CrMo, 它来源 于 轴 承 滚 道 (内 、外 圈 ) 的 磨 损 。 据此 , 可认为 1#回转台轴承的失效形式主要为轴承 滚道的疲劳磨损 。 214 诊断建议与拆检结果
综合以上几次分析的定量和定性数据 , 得出如下 结论 : 在 2002 年 3 月以前 , 1#轴承处于比较稳定的 磨损状态 , 但此后该轴承有明显的异常磨损现象 , 主
大尺寸金属磨粒 (见图 6)
子探针分析
进行了成分分析 , 分析结
果见表 2。
表 2 电子探针分析得到的元素质量分数 %
元素 Si
1# 0127
2# 0123
3# 0120
平均值 0123
Cr
1128
1111
1118
1119
Mn
0166
0187
0165
0173
Fe
97134
97123
97153
97137
表 1 1# 、2#轴承的铁元素含量
取样日期
2000 - 05 2001 - 04 2002 - 03 2002 - 10
Fe元素质量分数 /10 - 6
1#轴承
2#轴承
1 895
—
3 358
—
3 406
—
6 052
—
2003 - 03
8 198
1 434
2003 - 07
7 201
3 090
所测得的 1#大包回转台轴承润滑脂的铁元素质量 分数数据见表 1。为了研究该轴承磨损程度 , 对 2#大 包回转台轴承也进行了分析 , 其分析结果也在表 1中 列出 。
通过分析式铁谱仪和旋转式铁谱仪制备谱片 , 再 通过双光铁谱显微镜对谱片上的磨粒形貌进行分析 。 2002年 3月以前 , 该轴承 4 个取样点的铁谱片上沉 积的铁磁性磨粒数量均比较少 , 仅有少量大尺寸磨粒 出现 , 其种类主要为片状 、切削状和块状磨粒 , 它们 的最大尺寸一般均在 200 μm 以下 , 平均尺寸在 50～ 60 μm。但在 2002年 12 月以后 , 则发现大尺寸磨粒 的数量明显增加 , 磨粒种类主要为片状 (见图 2 ) 、 严重滑动 (见图 3) 、切削状 (见图 4 ) 和块状磨粒 (见图 5) , 其最大尺寸均在 200 μm 以上 。粗大的切
炼钢厂连铸机的大包回转轴承具有低速 、重载 、 尺寸大等特点 , 它是炼钢生产线上的关键设备 , 轴承 的制造费用很高 。倘若发生故障 , 将会影响整条炼钢 生产线的生产 , 并带来巨大的经济损失 。某炼钢厂的 1#大包回转台轴承在正常使用了 10 年后 , 希望对其 当前的磨损状态进行评估 。由于直接进行拆检的费用 非常惊人 , 且所用时间也相当长 , 因此生产现场迫切 需要有合适的非破坏性分析手段来对其进行监测 。倘
收稿日期 : 2006 - 04 - 20 作者简介 : 刘仁德 ( 1972—) , 男 , 高工 , 博士 , 主要从事机械 设备的润滑管理和故障诊断工作. E2mail: rdliu72@ hotmail1com1
若评估结果认为该轴承能够继续服役 , 则可以将拆检 工作延期进行 , 也就是说 , 生产厂希望能够尽可能地 延长该轴承的使用寿命 。为了达到以上目的 , 本文作 者开发出新的润滑脂专用溶剂 , 建立了润滑脂的光谱 和铁谱分析新方法 , 并成功地用到了 1#大包回转轴 承的状态监测中 。同时 , 为了能够了解该轴承的磨损 程度 , 还对另一同类型轴承 ( 2# ) 进行了比较分析 , 2#轴承的投入使用时间比 1#轴承晚 3年 , 当时的运行 状态正常 。根据研究结果 , 使 1#大包回转台轴承的 使用寿命延长到了 14年 。 1 试验部分 111 仪器
由表 1 可以清楚地知道 , 在 2002 年 3 月以前 , 轴承尚处于比较稳定的磨损状态 , 但此后的检测表明 铁元素含量有急剧增长趋势 , 于是将监测周期缩短至 5个月 。然而 , 至 2003年 3月时 , 铁元素质量分数达 到了最高值 8 198 ×10 - 6 , 表明异常磨损有明显发展 。 4个月后再次对其进行检测 , 铁元素质量分数仍然高 达 7 201 ×10 - 6。
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润滑与密封
总第 179期
112 轴承参数 轴承直径为 512 m, 质量为 10 t。以锂基润滑脂
进行润滑 , 轴承的内圈和外圈材料为 42CrMo, 滚动 体采用高铬合金钢材质 。 113 取样情况
对润滑脂 的 分 析 最 大 的 问 题 在 于 其 样 品 的 真 实 性 。润滑脂具有与润滑油完全不同的一个特点 , 那就 是金属磨粒在润滑脂中不是均匀分布的 , 这就导致不 同部位所取得的油脂样的铁元素含量有很大不同 。因 此必须尽可能的保证样品具有良好的代表性 。
由于润滑脂属固体或半固体状物质 , 其粘度非常 高 , 磨损颗粒都被包裹起来 。因此 , 该项工作的重点 和难点就在于研究润滑脂的预处理方法 , 也就是说必 须将润滑脂中的磨粒分离出来 , 且不能破坏它们的外 观形貌 。在研究过程中 , 作者开发了新的锂基脂专用 溶剂 , 它能够将润滑脂中的有机物完全溶解 。这样 , 就使得润滑脂的光谱和铁谱分析方法与润滑油的光谱 和铁谱分析方法统一起来了 。由于所有的摩擦副都是 钢材质的 , 因此润滑脂中铁元素含量就可以用来衡量 该轴承的磨损状态了 。4个取样点所取得的油脂都单 独进行测试 , 然后计算出它们的平均质量分数 , 这样 就可以进行趋势分析了 。 2 结果与讨论 211 光谱分析
对 1#、2#轴承的光谱分析数据进行比较分析 , 可 以发现 1#轴承润滑脂中铁元素含量比 2#的高得多 。 以 2003年 3月和 2003年 7 月的分析数据为例 , 1#回 转台轴承润滑脂中铁元素含量分别是 2#回转台轴承 润滑脂中的铁元素含量的 517和 213倍 。据此可以认 为 , 1#回转台轴承出现了严重的异常磨损现象 。 212 铁谱分析