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軸承修復技術——更換軸承的另一種經濟有效的選擇

2010-01-18

作者:許將;杜強
(鐵姆肯公司工業服務部)

  摘要:在工業領域,當技術人員發現軸承有損傷時,通常的做法是將此軸承更換下機報廢,并使用新的軸承,但此時軸承通常還未達到全部有效經濟的使用壽命,可以通過修復技術重新投入使用。事實上,不斷改進的軸承設計、材料、軸承維護方法也極大地提高了軸承修復的可靠性。本文介紹了鐵姆肯公司已經開展六十多年的軸承修復技術,這一技術已經廣泛地應用于航空、交通、水泥建材、冶金、電力、造紙等行業。經驗表明:成功被修復的軸承其使用周期不低于新軸承的使用周期。在工業領域內逐漸普及的軸承修復與更換軸承相比,在交貨期和成本方面具有更明顯的優勢。
  關鍵詞:軸承;損傷;修復;工藝
  1.前言
  滾動軸承是大部分機械裝置的旋轉軸或可動部位支承的重要元件,也是依靠滾動體的滾動實現對主機旋轉的支承元件。滾動軸承有許多突出優點,在現代工業中有著廣泛的應用。然而,由于材料、潤滑、維護等的限制,滾動軸承有其使用疲勞壽命極限。軸承發生損傷或達到壽命后,工業企業大多采取更換新軸承的方法來恢復設備的正常運行。
  隨著市場競爭和技術的發展,軸承修復技術本身所具有的優勢,即在較短時間內花費較少的資金即可再次當作新軸承上機使用,越來越受到工業行業的青睞。這相對于采購新軸承來說,無疑是一個更加經濟、更加快捷的生產保障措施。
  鐵姆肯公司已經開展了六十多年的軸承修復業務,廣泛應用于航空、交通、水泥建材、冶金、電力、造紙等行業。2006年以來,鐵姆肯公司在中國的修復中心也已經為水泥、鋼鐵、造紙等客戶修復軸承達到6800余套,其中50%以上為其它進口品牌的軸承。經驗表明:修復后的軸承其使用周期完全能達到新軸承的同等使用周期要求。而且軸承修復與新品軸承采購相比在交貨期和降低成本上更具有突出的優勢。
  2.軸承修復的必要性
  軸承損壞會使整個運轉系統遭受損失,結果則會造成額外的成本支出、維護工作的增加、延長非正常的停機時間。在大多數傳統的工業應用中,軸承會在它還沒有達到其完全的使用壽命時被報廢,導致成本增加和無形的浪費。軸承修復則可以將軸承壽命延長,成為除采購新品外另一個經濟理想的選擇。
  軸承修復技術在國內外工業領域正逐漸普及,向客戶提供了增值性的服務。改進軸承的設計、鋼的純凈度、維護方法和修復工藝逐步提高了其潛在的優勢。
  2.1.技術可行性
  Z初軸承設計考慮了其使用和應用條件來確定相對應的使用壽命和疲勞壽命。但是由于不正確的安裝、污染物、不充分的潤滑或偏心等因素導致軸承實際的壽命通常都達不到預期的運行時間(見圖一)。事實上,在工業應用中僅有不到10%的軸承的壽命達到了L10標準(設計壽命)。

圖一:軸承運行時間
  技術、材料、狀態檢測、可靠性維護工藝以及加工工藝等方面的改進,使得軸承修復在技術上成為可能。
  從技術上來說,軸承修復正是將軸承發生損傷的部件進行修復或更換,以達到新軸承的狀態要求。如:經過長期使用后的軸承,滾動體、滾道、柱銷等部件不可避免地存在疲勞損傷,軸承修復過程中,通過磨削滾道、更換滾動體、柱銷等部件,將軸承全面修復。這樣其功能性部件或表面完全符合新軸承的使用要求。
  2.2 市場可行性
  隨著行業競爭的加劇,各生產企業想盡辦法來降低設備維護和生產成本,以提高產品的市場競爭力。而另一方面,隨著鋼材等原材料的價格攀升,軸承的價格不斷上漲已成為工業企業主要生產成本增長的原因。
  相對于制造新軸承,高質量的修復工藝能在1/3的時間內將軸承恢復到新軸承的使用狀態。與采購新軸承相比,軸承修復技術可幫助工業企業節省至少40%甚至更高的采購成本,而在正常的使用維護下,修復后的軸承完全可以達到新軸承的使用性能。
  這樣以來,軸承修復具備非常良好的市場可行性。
  2.3 節能必要性
  與新軸承制造相比,軸承修復更符合環境保護的要求,需要較少的能源投入并減少原料的消耗和浪費。新軸承制造的主要能源消耗包括鋼材、鍛料、熱處理和磨加工,而這些能源都可以通過軸承修復而節省下來。
  除了成本和時間上的節省外,軸承修復Z有可能實現軸承的壽命循環。權威研究機構的研究表明:修復后,軸承的使用周期可以與新軸承的使用周期相同。修復后的軸承重新使用的是已被證實的可靠軸承鋼材料,因此更加降低了軸承材料失效的風險。更換的部件所使用的材料和公差必須符合原始制造商或同等規范,而不符合原始制造規范的修復都將增大過早失效的風險。
  3.軸承的損傷
  一旦軸承發生損傷,必須經過一個非常嚴格的檢測過程來判斷該損傷的軸承是否可以修復。待修軸承必須全面清洗,然后進行非常嚴格的全面檢測。首先是檢測軸承的主要損傷,如是否存在裂紋、大的剝落和過熱變色等,存在這些損傷的軸承很可能無法修復而必須報廢。
  3.1 軸承的主要損傷類型
  軸承損傷原因主要有以下幾個方面:
  * 化學損傷:蝕刻、銹蝕、腐蝕斑、生銹或磨損侵蝕
  * 熱損傷:變色或裂紋
  * 電流損傷:燒傷、凹槽或蝕損斑
  * 機械損傷:疲勞、裂紋、剝落,破裂、劃痕、微剝落、污點、布氏硬度、缺口、磨損、安裝損傷、偏心或潤滑失效
  3.2 損傷軸承的表現
  通過狀態監測和常規檢查可以提早發現軸承運轉是否存在問題,認真的檢查可以幫助確定軸承是否需要進行修復,例如:
  * 軸承是否已接近或超過預期的壽命
  * 工作溫度是否超過華氏200度(93.3攝氏度)
  * 軸承運轉是否存在過大的振動
  * 潤滑和溫度是否突然改變
  * 軸承是否存在過大的運轉噪音
  * 軸承密封是否出現較大損壞
  很多資料可描述損傷,并提供一些原因分析,這些有助于改進后續軸承的使用,但不能界定損傷與是否可修的關系。詳細檢測的同時可以進行損傷評估和原因分析。
  4. 可以修復的軸承
  雖然軸承修復有很多好處,但對于損壞的軸承來說,修復并不總是Z佳的選擇。正確利用軸承修復技術取決于軸承是否需要修復,以及從貨期和經濟性上考慮哪種修復方案Z佳。
  從修復工具上來說,修復的局限性在于軸承的Z大、Z小尺寸和產品類型。有很多不同類型的修復供應商,范圍從因工作范圍和知識限制的小設備到無限范圍產品和服務的大軸承制造。
  修復范圍也限制了可修復軸承的尺寸,但是不管原始制造商是誰,所有類型的軸承都可以修復,包括:
  * 圓錐滾子軸承
  * 調心滾子軸承
  * 圓柱軸承
  * 球軸承
  * 止推軸承
  * 交叉滾子軸承等
  受過專業培訓的人員可以判定軸承是否需要修復。通過及時地常規檢查、預防性維護和振動分析等維護手段可恰當把握修復時機,從而幫助工業企業經濟地修復受損傷的軸承。
  5 軸承修復工藝方法
  當修復件到達修復中心后,所有的軸承會經過徹底的清洗,然后解體,同時修復工程師將會記錄軸承信息和實際的內部游隙,并完成解體并標注的識別號,然后,會對所有的軸承組件做詳細的檢查。檢查包括:主要損傷問題,如裂紋、剝落或熱損傷,來判定軸承是否可修。綜合檢查結果后將確定修復方案。
  此外,修復中要全面測量內孔的外徑和軸承寬度等指標,判定損傷類型和程度來決定軸承是否可修和合適的修復方案。
  不同行業和應用要求不同的軸承修復服務,鐵姆肯公司有7種不同類型的軸承修復方案服務于各類型的客戶,以實現可靠的軸承修復,但是總體上,軸承修復服務分為下面三種。
  * 修復類型I:主要針對新軸承或損傷較小的軸承。包括:清洗檢測、總體評估、輕微損傷的處理、游隙設定與更改等。
  * 修復類型II:主要針對使用時短時間內發生表面損傷的軸承。 包括:清洗檢測、總體評估、解體、滾道及滾動體表面處理、游隙設定與更改等。
  * 修復類型III:主要針對需要全面修復的各類損傷的軸承。包括:清洗檢測、總體評估、解體、滾道疲勞層去除、滾動體更換、保持架加工或更換、游隙設定與更改等。
  簡而言之,類型I:檢驗、清洗、鑒定。類型II:維護保養或表面精磨修復工藝。損傷更大的軸承則需要進行類型III修復,即再制造的修復工藝。這類級別的修復包含了更多的工藝,例如重磨滾道面,更換滾動體和保持架組件,甚至更換更多軸承部件。通常,滾道面的重新磨削需要加大滾動體直徑來補償幾何尺寸和游隙,這樣可以保證軸承徑向游隙。而圓錐滾子軸承因其特殊性,加大滾動體或新隔圈等可以保證軸向游隙。
  修復類型III原則上適用于較大尺寸的軸承。軸承尺寸較小或經常報廢的小軸承如果有批量也可以進行修復。清洗、檢測和表面精磨可以使這些用過的軸承恢復到新品的使用性能,而費用僅僅是更換新品成本的一小部分。
  根據現場條件和損傷程度,某些修復是可以在現場進行的,但是,現場修復適用于維護保養性修復,但不適用于再制造修復。
  當修復方案確定并且修復完成后,軸承會被重新組裝并包裝以便保存和運輸。通常,修復后會進行終檢來保證設計時的組裝標準。不同的供應商執行不同級別的檢查和包裝。
  6 軸承修復的效果
  經過正確的修復,修復后的軸承性能與新軸承相同。其游隙等各項精度參數皆可達到新軸承的要求,重要的是懂得和辨識損傷程度來選擇正確的修復方案。例如,表面精磨處理可以清除一定的輕微損傷,但無法清除真正的疲勞層,無法清除因碎片引起的凹陷或磨損。因此,如果僅對軸承做表面精磨處理,一般不適合損傷嚴重的軸承。而如果經過全面的再制造修復工藝,則軸承的疲勞層被徹底清除,而滾動體也要進行全面的更換,保持架等也要進行全面的整理,這樣軸承完全可以達到新軸承的性能要求。

 
  圖二:修復前后效果對比圖
 
  7 案例分析
  7.1  背景
  某著名鋼鐵企業冷軋磨輥車間,承擔著為冷軋生產線提供軋輥軸承總成的重要職責,直接關系到各條冷軋生產線的正常運行。由于轉動的軋輥要和軸承配合,而軸承的好壞直接決定著軋輥及軋制產品的穩定性,如果因為軸承在機發生故障造成設備無法正常運轉,冷軋機及后續生產線很可能就要停下來,從而造成無法估計的損失,因此軸承運轉可靠性非常關鍵。
  該生產線選用軋輥軸承主要為四列圓錐滾子軸承,孔徑大于350mm,屬于大尺寸軸承范疇。由于軸承使用壽命受工況條件影響,而軋鋼時,軋機的工作條件可以稱得上“極度惡劣”,所以軸承每年都在檢測保養后有一定數量的更換,而且每年近千萬軸承更換費用對于生產成本也形成了非常大的的壓力。但是出于對修復后軸承質量的擔心,該車間并不敢嘗試進行軸承修復。
  2006年中旬,該生產線中的軋機工作輥軸承在日常清洗維護檢查中發現有嚴重的滾動體剝落,無法再次上機使用,但是供應商告知, 新訂購的軸承交貨要推遲6個月,生產線的順行面臨著威脅,綜合各方面因素考慮,該鋼鐵企業決定將4件軸承送至鐵姆肯公司軸承修復中心。
  7.2 軸承損傷情況
  經過全面嚴格的檢驗發現,該軸承使用時間較長,滾動體和滾道面存在疲勞,但是原始材料情況良好。
  外滾道:磨損、銹斑、麻點、生銹。詳見圖三
  圖三:外圈滾道損傷情況

  內滾道:磨損、銹斑;滾子:磨損、凹陷、銹斑、麻點、嚴重剝落、銹斑;保持架:磨損、銹斑。詳見圖四。
  圖四:內滾道、滾子、保持架損傷情況

  7.3 修復工藝
  基于損傷情況,鐵姆肯公司制定了嚴格的修復流程,主要的修復工藝包括:
  * 內滾道修磨
  * 內滾道檢查及測量
  * 確定外滾道磨削尺寸及更換的滾動體尺寸
  * 外滾道修磨
  * 滾道檢查及檢查確認
  * 新的滾動體制造
  * 游隙確認及調整
  * Z終裝配
  * 軸承包裝
  7.4 使用結果
  2個月后,修復一新的軸承交到了該磨輥車間,軸承滾道進行了全面的磨削,更換了全部滾動體,對于游隙進行了調整,恢復到新軸承的精度要求。見圖五。
  圖五:修復后的軸承部件

  在軸承維護人員的嚴格檢查后,該軸承裝入了軸承座,并裝配上機使用。在機使用6個月后,拆檢發現,軸承表面和精度指標良好,軸承再次裝機使用。截至2009年11月,該軸承仍然在運轉使用中。而此套軸承的全部修復費用僅僅相當于采購新軸承的約50%。
  軸承成功修復以后,該磨輥車間大量開展軸承修復,并且在該鋼鐵集團內的熱軋、煉鋼、煉鐵、高線等更多的生產部門進行推廣,節省了非常可觀的生產備件采購費用。
  8 結論
  軸承修復業務正逐漸得到普及,鐵姆肯公司軸承修復中心在中國已經修復了6800余套各種品牌,各種類型的軸承,廣泛地應用于鋼鐵、有色、水泥、造紙、電力等行業。
  鐵姆肯公司高質量的軸承修復技術可以提供以下服務:
  * 全方位的服務選項
  * 豐富軸承使用經驗指導
  * 更換原始設備制造商標準的部件
  * 與新軸承性能相匹配的產品
  * 質保和服務
  * 可靠的質量承諾書
  經過修復后的軸承在設備上穩定運行,軸承修復技術的可靠性和經濟性正在逐漸得到全面的驗證。此外,與報廢和采購新軸承相比,軸承修復具有非常突出的資源節約、節能減排的社會意義。
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