高速纸机烘缸轴承过早失效与优化措施

李其升

摘 要：高速纸机作为纸业生产的必要设备，在高质量纸质品的生产和发展方面作出了很大贡献，但速度过快对设备也造成了极大的损害，尤其是对纸机的主要构成部分——烘缸轴承的损害不容忽视。通过对高速纸机的分析研究，重点介绍了纸机烘缸轴承的故障，并提出了解决措施，希望能够提高企业的经济效益。

关键词：高速纸机；烘缸轴承；轴承失效；优化措施

中图分类号：TS734 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.10.090

1 研究对象及其手段与原理

1.1 研究对象

以德国造文化用纸机为例进行分析研究。该高速纸机是世界上技术水平最高的造纸设备之一，设计车速高达2 000 m/min，操作车速为1 800 m/min，生产能力可以达到每天生产高级纸质品3 124 t。

在设计该设备时，前干燥部共有9组烘缸，每组烘缸数量不一，烘缸的主要作用是将纸页烘干，这是完成纸页生产的关键性环节。高速纸机的烘缸主要包含辊壳、扰流棒、轴承、端盖等部分，在实际运行中，烘缸依靠轴承座支撑在机架上。高速纸机烘缸直径达1 800 mm，加之设备整体机重高达25 t，因此对于轴承的径向负荷能力要求比较高。另外，因烘缸的工作环境比较复杂，不仅高温而且潮湿，由热胀冷缩的原理以及烘缸上干网的轴向波动所产生的负荷可知，轴承还必须拥有较强的轴向负荷能力。

1.2 研究手段

为保证研究数据的真实可靠，采用了德国先进的在线状态监测系统，在波动频率及幅度较大的轴向烘缸轴承上安装了压电式加速度传感器。在线状态监测系统是利用同轴电缆将传感器收集的电信号传输到中间接线箱，再通过中间接线箱的多芯电缆将电信号传输到现场接线箱，现场接线箱接到的电信号数据可以通过多路器进入到中心控制柜。由于在线状态监测系统受环境的影响较大，因此，除了一个功能强大的多路器之外，自中间接线箱至现场接线箱都没有其他任何电子器件，所有的数据处理几乎都在机房的中心控制柜进行。

1.3 研究原理

通常来说，烘缸故障主要分为两类，即缸体故障和轴承故障。众所周知，高速纸机的烘缸轴承是调心滚子轴承，其负荷能力比较强，轴承的压力相比较而言较大。轴承常出现的故障主要有磨损、断裂、疲劳、腐蚀、压痕和胶合失效等，缸体故障则主要表现为缸体不平衡、缸体表面不均匀磨损等。利用在线状态监测系统对设备损害的频率进行检测，利用油品分析仪和黏度计等追踪润滑油等物性指标的变化。

2 高速纸机烘缸轴承失效原因

一般来说，通过在线状态监测系统可以监测到烘缸的受损频率，及时掌握烘缸故障并采取有效措施维修检测设备，虽然故障及时发现后不会对企业的产品生产造成损失，但不容忽视的是，设备的维护保养费用非常高，最终会对企业的经济效益造成无法挽回的损失。因此，要对高速纸机烘缸轴承的过早失效进行深入的分析研究，在分析中发现问题、解决问题。

2.1 烘缸轴承状态分析

通过对高速纸机的运行状况进行实地调查发现，在大部分纸业企业的生产车间，为保证烘缸前干燥部分设备的运行效率，即使在设备的停机状态，干燥部分仍然处在高温环境中，甚至有的烘缸轴承温度高达92.2 ℃。按照实践经验，轴承的内部温度要高于表面温度二十几度，也就是说，烘缸轴承内部的温度会高达100 ℃。

2.2 轴承失效原因分析

2.2.1 烘缸轴承的负荷影响

烘缸轴承不但要承担烘缸的重量，而且要每天24 h不停运转，因此，其负荷压力相当大。在大型企业的生产运行中，设备一旦运转，几乎是不可能停止的，连续转的运行模式对烘缸的损害异常明显。除此之外，烘缸轴承一般属于密封式设计，其维护保养比较难。

2.2.2 润滑油的影响

润滑油在设备的运行中发挥着至关重要的作用，对于降低设备磨损，保持设备的良好运行意义重大。但是，质量低劣的润滑油对烘缸轴承的损害作用也很明显，如果润滑油中含有水分，就会出现添加剂析出和催化油氧化的情况，致使润滑油膜破裂、变薄，不能很好地保护轴承的金属表面，使轴承内外圈滚动体金属表面直接接触加速轴承表面，增大损耗，造成疲劳失效、腐蚀失效。除此之外，杂质多的润滑油还会淤塞轴承部件，导致轴承无法运行，甚至有的润滑油会引起设备颗粒污染，进而损害轴承。

2.2.3 工作环境的影响

烘缸的主要作用是烘干纸页中的水分，达到干燥的目的，温度越高，纸页干燥的速度越快，从纸页中蒸发的水分越多，环境也就越发潮湿。因此，高速纸机的效率越高，烘缸轴承所处的环境温度也就越高，环境也越潮湿，这样的环境对设备的损害较大。企业为提高产品的生产质量与速度，大力提高烘缸的温度，加快干燥速度，而烘缸轴承因为热胀冷缩的原理，使得轴承游隙变大，高温使润滑油黏度变低，油膜变薄，加大了设备的损耗程度，大大缩短了烘缸轴承的使用寿命。

3 高速纸机烘缸轴承失效优化措施

高速纸机在运行过程中会出现各种各样的故障问题，尤其是负荷压力较高的轴承部位，经常出现疲劳失效、腐蚀失效、断裂失效等情况。通过分析烘缸轴承过早失效的一系列原因，提出科学可行的解决措施，不仅可以延长设备的使用寿命，还可以大大提高企业的经济效益。

3.1 针对环境原因的对策

部分企业一味追求高产量，不断改变设备的使用环境，即不断增加温度，加速烘缸的干燥效率，这样会大大缩短设备的使用寿命。高温、潮湿的环境会造成设备的侵蚀、腐蚀，同时，热胀冷缩会导致烘缸内外圈错位变大、轴承内外圈间隙缩小，从而使得润滑油膜变薄，起不到保护的作用。针对这一情况，要将轴承外圈的顶环去除，然后在轴承内圈加一个与外圈顶环尺寸一样厚的垫片。至于该尺寸的大小，则取决于热胀冷缩时烘缸轴承轴向变化的间隙，一般备用的垫片尺寸为1～6 mm。除此之外，外部环境的震动也会对设备造成振蚀。针对这种情况，要对设备各部分进行分离或加隔震垫。

3.2 针对润滑油原因的对策

润滑油对设备的保护作用不言而喻，通过改善润滑油的使用及其质量品质，可以延长设备使用寿命，具体措施主要有：①及时清理轴承油槽排污口，定期检查清洁，降低胶合失效的概率；②在轴承上安装油水分离器，以加速润滑油脱水，减少水分超标造成的轴承腐蚀失效；③在对设备进行润滑油保养之前，可以采取科学的措施降低润滑油中的水分含量，比如可以采用过滤小车对其真空脱水；④定时定点检查清洁烘缸轴承的分配阀，以降低设备污染导致的侵蚀失效概率；⑤定期清洗更换油槽呼吸器滤芯，在维修保养时要加强密封工作。

3.3 针对负荷原因的对策

高速纸机本身质量高达二十几吨，再加上每天生产上千吨产品，可想而知，烘缸轴承会承担多大的负荷。过度使用烘缸轴承无疑会加速设备的老化，导致疲劳失效。为解决因负荷问题造成的过早失效故障，可采取以下措施：①及时检修设备，一旦发现设备损害，就及时更换烘缸轴承配件，或者尽量使用高质量、耐磨损的轴承及配件。②设备在使用中如果突然过载，会对设备造成无法挽回的损害，因此，在使用中要及时检修，尽量避免疲劳点蚀情况的出现。一旦出现疲劳点蚀，要及时制订维修计划，保证设备的正常运转。

4 结束语

科技的不断发展使得高速纸机在各大纸业企业得到了广泛应用，高速纸机在带来高产量、高质量的同时，其自身的损耗问题也不容忽视。高速纸机轴承因负荷压力较大，加之处于高温、潮湿的环境，故障问题时有发生，为保证高速纸机的正常运行，延长轴承使用寿命，必须深入分析失效原因，加强优化措施，以提高企业的经济效益。

参考文献

[1]张晓茹.现代造纸机械状态监测与故障诊断[M].北京：中国轻工业出版社，2014.

[2]王世雄.大直径高负荷纸机软压光辊轴承故障特征[J].中国造纸学报，2014，9（13）：67-73.

〔编辑：王霞〕