滚床式高温烤箱轴承失效分析及预见性维修

张仰顺，杨成，邵崇杰，寇锁，朱熠丰

（北京奔驰汽车有限公司，北京 100176）

在北京奔驰涂装车间电泳、涂胶和面漆湿膜工艺都需要进入烤箱烘干进行加热固化。电泳高温段工艺温度值在180～200℃，密封胶和面漆工艺温度值在160℃左右。烤箱内部输送方式采用的是滚床式输送系统。其优点相对链式滚床而言，主要是烤箱内无须使用链条油润滑，避免车身被污染；另外，每个烤箱分别由若干单体滚床组成，停机时可快速锁定损坏部位，有利于故障判断和解决。但由于考虑到滚床传动轴的安装及烤箱的保温性，所有的轴承在烤箱内部。因此，烤箱轴承的使用寿命及预见性维护是一大课题。

图1 烤箱输送滚床结构图

1 烤箱内输送滚床轴承当前使用介绍

烤箱滚子轴承均采用的是6205-2Z/C4HS1VT127F7 订制白油高温轴承，其内部采用的是克虏伯L55/2 高温润滑脂。

如图1，每个滚床有5 根滚轴，外部由0.37kW 电机驱动，通过链条链轮连接驱动滚轴，滚轴两端使用此高温轴承，之前出现过几次因轴承损坏造成的较为严重的停机。

当前生产为3 班24h 运行，每周连续生产6 天，基本没有预留任何维修时间，生产期间一旦损坏，将可能导致当日产量无法完成。

图2 安装前轴承内部油脂机械状态

由于轴承损坏会造成滚轴转动困难甚至卡死，导致滚床电机过流报警和车辆向前运行超时甚至无法向前运行，此故障将造成节拍严重下降和生产质量缺陷。由于该故障需要烤箱降温，这里以电泳烤箱为例，如从185～60℃需要至少1.5h，升温过程从60℃升温至工艺温度需要至少2h。

因此，研究此类轴承的失效模式及制定合理的抢修预案很有必要。

2 主要失效模式分析

我们对此类轴承损坏过程作了实例分析，研究轴承损坏的真因，取样分析大致结果如下。

图3 轴承使用年限与状态

根据图3 可知，使用1 年轴承油脂大部分处于湿润状态，颜色无较大变化；使用两年轴承油脂变干，颜色发黄，部分轴承转动阻力较大；使用3 年大部分轴承已看不到油脂，轴承活动阻力大，部分轴承出现卡顿，少量出现保持架破损现象。经过对使用3 年轴状态分析，大部分不能转动轴承洗掉干涸油脂可顺畅转动。因此，损坏与随着使用年限油脂状态变化关系很大，那么，有没有更好的油脂或者使用不同结构和润滑方式的轴承呢？克虏伯L55/2 油脂是当前已知耐高温性能最好的高温润滑脂，此结论是从Durr 公司 长期现场使用中得出。另外就是选择别的类型轴承，当前耐高温轴承选择大致有以下几种：石墨轴承，铜套碳芯滑动轴承，无保持架的高温轴承以及陶瓷轴承。

根据现场试验结果，铜套碳芯滑动轴承耐用性并不理想；石墨轴承因烤箱的风系统可能会污染车身。对于无保持架的高温轴承以及陶瓷轴承后期会做试验进行验证。

根据对轴承使用状态的抽样调查（图3）分析可得，轴承大批量损坏风险可定义在两年，据此结论采取周期性的更换策略是目前能够避免停机的有效预防措施之一。

但我们知道轴承的疲劳寿命是相当离散的，同一批生产的同一型号轴承，在完全相同的条件下运转，疲劳寿命各不相同，甚至相差数十倍，因此还需要预见性维护措施。

3 预见性维护方法

预见性维护是基于过程数据，通过预测可能的失效模式以避免维护性问题的活动，预见是从现在就开始对设备的各项指标数据进行收集，长期（定期）的监控，并根据监控结果所采取的维护措施。基于预见性维护的理念，通过得到的结论，轴承润滑状态不良、轴承出现损坏等状况时都会不同程度反应到电机的运行电流，因此，增加电流监控及预警值可达到预见性的效果，运用电流监控的手段，能够提早发现疲劳寿命较低的轴承，避免造成停线故障。

图4 烤箱电机电流报警界面及报警信息

图5 报警内部程序

根据长期对每个滚床电流值的监控与现场对应检查滚床轴承状态，对每个滚床制定了较为合理的电流预警限值。在周期更换轴承期限内根据预警值检查轴承状态，然后决定是否更换。以此预见性维护方法可避免疲劳寿命周期内的损坏情形。

4 紧急性维修方式

4.1 滚轮旁通功能

当以上的预防性和预见性维护不能完全避免损坏时，就要采取必要有效的应急措施。单个滚轮卡死时，首先，利用管钳来回转动轴以试图将损坏的保持架滚珠挤出；其次，利用事先测量制作的链条跨过该轴，利用其余的四根轴带动车身向前运行，但此时可能会有运行超时，应对方法为不让车在此滚床存在等待时间，前面滚床等待空位后，增加进车速度快速通过滚床。但以上方法都无效时需要利用方式2 解决。

4.2 快速降温

当烤箱内滚床轴承在生产过程中完全卡死且无法旁通时，必须对损坏的轴承进行更换。此时需要维修人员进入烤箱内进行维修工作。由于烤箱内温度较高，必须采用烤箱快速降温的功能，将烤箱内温度降至60℃以下，才能够进行维修工作。基本上烤箱整体降温过程以及修复后的升温过程占全部停机时间的95%以上。因此，如果能够快速将烤箱进行降温和升温则可以大大降低停机时间。

在项目设计阶段，供应商就给烤箱设计了快速降温功能，主要工作原理就是将周围环境温度相对较低的室内空气抽到烤箱中进行冷却。这个功能对于温度较高的烤箱来说，降温时间需要2h，同时升温时间需要1.5h 左右。在对现场的情况进行确认后，我们发现可以仅针对故障点处的局部区域进行降温。具体操作方法是关闭烤箱新风的送风，手动打开该局部区域对应换热箱的门，手动打开主风道的排风风机形成负压，这样故障区域换热箱就会从周围环境中抽取冷却空气进去，对该区域进行局部降温。

经过现场测试，使用局部降温的方法，降温时间仅需50min 左右，升温时间仅需30min 左右，大大降低了停机时间。下图是使用局部降温方法的操作流程。

图6 烤箱局部降温功能操作流程

4.3 高温防护服

如前所述，当生产过程中发生故障需要紧急抢修时，主要时间是等待降温和升温的时间。如果能够在不进行降温的情况下进行维修，对停机所造成的影响就会大大降低。

为此，我们采购了高温防护服，并配套相应的呼吸器，如图7 所示。使用此防护服，人员能够直接进入烤箱，进行简单的维修工作。虽然穿戴防护服操作不便，会有一定的影响，但相比降温和升温过程来说，这些影响完全可以接受。

图7 高温防护服

5 轴承安装方式—避免损坏轴承

轴承不正确的安装方式将对轴承及其附件造成损伤，将会影响轴承使用寿命。因此，我们在轴承安装方式上下了功夫，制作专用的轴承安装工具，严格拆装流程，安装完成后手动转动轴承，感受其状态；增加一键测试功能，更换完滚轴通过测试功能转动滚轴，听异响，检查轴承安装状态。通过这一系列流程避免因不正确安装造成的轴承损坏现象。

图8 轴承及滚子拆装工具展示

图9 轴承及配件各安装位置朝向

6 结语

由于高温烤箱轴承使用位置的特殊性，紧急性维修较为困难，损坏时造成影响较大，因此，充分利用好预防及预见性维修手段，以及充分利用当前设备科技条件制定应急维修预案具有重要意义。轴承的改善选择需要进一步的现场试验验证；电流监控数据能够有效提供维护的依据，有效减少应急性维修的次数，保障生产的顺利进行，以及避免紧急性维修带来的能耗损失，人员在紧急性维修过程中可能造成的安全隐患。设备维护管理理念应当是首先结合预防及预见性维护，采用大量措施尤其充分利用设备监控数据有效避免紧急维修。

图10 安装时使用专用工具敲打轴承内环