呂利偉 閆興軍

（一拖（洛陽）柴油機有限公司 河南洛陽）

一、故障簡介

日本NTC凸輪軸磨床是一臺對柴油機凸輪軸各凸輪表面進行精加工的設備。在日常使用過程中，砂輪主軸出現(xiàn)抱瓦現(xiàn)象，造成靜壓主軸咬死。同時發(fā)現(xiàn)主軸發(fā)熱量高，溫度高達100℃以上。直接造成設備停機，為了能夠挽回企業(yè)停產(chǎn)造成的損失，決定成立項目小組進行修復。

二、故障診斷分析

（1）由于砂輪主軸屬于靜壓軸承主軸，旋轉速度高，轉速高達5800 r/min，回轉精度高。該靜壓主軸采用供油壓力恒定系統(tǒng)的液體靜壓軸承和軸瓦的構造。外部供給的壓力油通過節(jié)流器后從供油壓力降至油腔壓力，再通過封油面與軸頸間的間隙從油腔壓力降至環(huán)境壓力。軸承在軸不受外力時,軸頸與軸承孔同心,各油腔的間隙、流量、壓力均相等，即設計狀態(tài)。當軸受外力時軸頸位移，各油腔的平均間隙、流量、壓力均發(fā)生變化，這時軸承外力與各油腔油膜力的向量和平衡。節(jié)流器起自動調節(jié)油腔壓力和補償流量的作用，其補償性能會影響軸承的承載能力、油膜剛度等。該主軸采用小孔節(jié)流器。由于軸的旋轉,在軸承封油面上有液體動壓力產(chǎn)生,有利于提高軸承的承載能力。這種現(xiàn)象稱為動壓效應，速度越高，動壓效應也越顯著。所以對壓力油的性能要求很高，工作的同時將伴隨大量的熱量產(chǎn)生，一旦熱量不能及時帶走，將會對主軸的剛度產(chǎn)生影響，同時對壓力油的黏度也會產(chǎn)生影響，造成主軸壓力的波動，主軸浮起量發(fā)生改變，引起軸承干摩擦，進而產(chǎn)生更多的熱量，打破散熱平衡，最后造成主軸咬死。

（2）通過對主軸系統(tǒng)的檢查發(fā)現(xiàn)幾個問題。①主軸表面溫度和油箱溫度偏高。②蓄能器蓄能效果大大下降，不能滿足使用要求。③拆開主軸后發(fā)現(xiàn)內(nèi)部殘留的油液中含一種黏稠的物質，初步斷定為主軸潤滑油中含雜質所致。④靜壓軸承磨損嚴重，有嚴重的拉毛痕跡，經(jīng)測量靜壓軸承靜壓油腔間隙不均勻，最大間隙達0.2 mm，遠遠超出要求的0.07 mm。⑤部分節(jié)流器節(jié)流孔被油液中臟物堵塞，造成油腔中作用于軸的靜壓力不能將軸浮起，浮量達不到要求，造成干摩擦。

（3）針對檢查結果及查閱相關資料，同時咨詢生產(chǎn)廠家專家，這種精度高的靜壓主軸系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)磨損或主軸咬死現(xiàn)象，修復非常困難，一般都是采用更換的方式。面對廠實際情況，購買或訂購主軸周期長，決定試著修復這一故障。通過查閱靜壓潤滑主軸軸承相關資料可知，要想保證主軸軸承的正常運轉，必須保證形成可靠的外部壓力、油腔壓力和環(huán)境壓力。產(chǎn)生主軸浮量，形成壓力油膜，以承受載荷。

三、修復實施方案

（1）根據(jù)診斷情況，項目組制定了兩套修復方案。①通過對磨損軸瓦的刮研，盡量均衡油腔各部位的間隙，以獲得可靠的油腔壓力，同時對各個節(jié)流器進行改進，通過改變其小孔直徑的方法改變流量和壓力，以獲得可靠的環(huán)境壓力。此方案簡單可行，實施時間短。②通過對磨損軸瓦鑲嵌新的巴士合金層的方法，形成符合要求的油腔間隙，清洗堵塞的節(jié)流器，以形成可靠的油腔壓力和環(huán)境壓力，保證主軸浮量，形成壓力油膜。

（2）方案實施前，首先對油箱進行了清潔保養(yǎng)，注入美孚6號潤滑油，以保證壓力油液的性能要求，其次通過查閱原蓄能器技術指標以及蓄能要求，購買更換了符合使用要求的蓄能器。然后對空調冷卻系統(tǒng)進行了檢查，保證冷卻系統(tǒng)能夠正常運行。同時對油泵以及各壓力元件進行了檢查，保證外部壓力的恒定。

（3）方案一的實施。①通過對軸瓦的反復刮研，測量，盡量保證軸瓦各部分直徑的統(tǒng)一，獲得更為接近的油腔間隙。②測繪加工不同小孔直徑的小孔節(jié)流器，從0.5 mm到2.0 mm各不同尺寸各準備一套（6個），以備調整使用。③將主軸軸承安裝到頭架上，供上外部壓力油，用手輕輕盤動主軸，觀察主軸是否轉動靈活，失去外力后主軸是否具有一定的自轉慣性，以確認是否獲得均勻的承載油膜。同時打表測量主軸兩端的浮起量，看是否接近，達到使用要求。然后拆下來觀察軸和軸瓦干摩擦部分，進行局部刮研，同時根據(jù)浮起情況調整小孔節(jié)流器。④按照此方法反復進行刮研修復調試，直到主軸供上壓力油后，盤動靈活，浮起量兩端均勻，具有一定的轉動慣性后，連上電機、皮帶，調好張緊力，啟動電機進行試車轉動，并觀察儀表反應的主軸平衡量是否在要求的范圍內(nèi)，觀察一段時間，看主軸溫度情況，依次反復進行多次試驗。⑤經(jīng)常若干次的實驗，主軸能夠達到轉動靈活，浮量達到要求，但是無法獲得可靠的剛度，一旦高速旋轉，主軸就會偏離，回轉度超差，出現(xiàn)部分干摩擦，熱量無法散去，主軸溫度急劇升高，不能達到使用要求。充分證明，對于精度要求高的靜壓軸承，油腔內(nèi)環(huán)境壓力通過方案一無法達到使用要求。

（4）在方案一失敗后，立即進行方案二的實施。①通過查閱資料，確定了選擇錫基巴士合金做為軸瓦材料，由于在原來的軸瓦基座上澆注會破壞原來軸向的巴士合金層以及環(huán)帶內(nèi)部的巴士合金層。只有采取鑲嵌巴士合金套的方法修復軸瓦。②對軸瓦原來的巴士合金涂層進行測繪，由于軸瓦的配合尺寸為軸瓦孔為直徑 80.07－0.005 mm，軸直徑 80－0.005 mm，有效長度80 mm，確定鑲嵌巴士合金套底孔直徑83.8-0.01 mm，以保證鑲嵌后巴士合金套的壁厚達1.9 mm。同時為了保證巴士合金套外圓的加工，需要設計一個剛性大的環(huán)，讓巴士合金澆注到環(huán)上，通過對各個尺寸的測繪及圖紙確認，設計了一個外徑77 mm，內(nèi)徑72 mm，長度81 mm，材料為45號剛的環(huán)作為巴士合金澆注的環(huán)座。③聯(lián)系巴士合金澆注廠家，澆注出符合要求的巴士合金毛坯套。④在廠辛辛那提小型立式加工中心上進行加工，首先對磨損的軸瓦巴士合金層進行鏜削加工到底孔直徑83.8+0.005 mm，然后對巴士合金套外徑及長度進行加工，直徑尺寸達到83.8-0.005 mm，長度80 mm。然后利用特種膠涂在巴士合金外圓上進行鑲嵌。⑤等待一段時間，使其完全粘接牢固后進行內(nèi)孔的加工，首先小進刀量鏜削加工，將環(huán)座鏜削掉，然后對巴士合金進行加工，直徑達到80.07－0.005 mm。⑥對整個圓周的6個節(jié)流器安裝孔進行加工，滿足節(jié)流器的安裝要求。⑦加工完成后，重新在主軸頭架上進行安裝試轉以及浮量的測量，同時盤動主軸檢查轉動靈活性及轉動慣性。按照方案一的調試方法進行調整，對旋轉中出現(xiàn)的局部接觸點進行微量的刮研。通過調整測試，砂輪近端選擇直徑0.6 mm的小孔節(jié)流器，遠端選擇直徑0.8 mm的小孔節(jié)流器。砂輪遠端浮量0.012 mm，近端浮量0.001 mm?；剞D精度也在0.005 mm以內(nèi)。⑧在電機的驅動下，經(jīng)過近3 h的空運轉，主軸溫度控制50℃以下，主軸一切運轉正常。

（5）對靜壓主軸單元各個外圍元件及砂輪進行安裝，試車進行零件加工。

四、修復效果

現(xiàn)場對主軸進行兩天的跟蹤觀察，主軸轉動及油溫正常，加工出的零件也完全達到工藝要求。然后又對其進行了兩周的定期檢查回訪，設備一切運行良好，完全達到正常使用要求。

該靜壓軸承主軸總成（含底座），日本報價45萬元人民幣，交貨周期半年以上。提供圖紙委托上海機床廠加工靜壓軸承軸瓦，主軸部件總成（不含底座）報價22萬，交貨周期5個月。除去維修中巴士合金套的外委加工及內(nèi)部加工費用近2萬元。綜合考慮，該項修復直接為公司節(jié)省維修費用20萬元人民幣。