張仰順，楊成，邵崇杰，寇鎖，朱熠豐

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

在北京奔馳涂裝車間電泳、涂膠和面漆濕膜工藝都需要進(jìn)入烤箱烘干進(jìn)行加熱固化。電泳高溫段工藝溫度值在180～200℃，密封膠和面漆工藝溫度值在160℃左右?？鞠鋬?nèi)部輸送方式采用的是滾床式輸送系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)相對(duì)鏈?zhǔn)綕L床而言，主要是烤箱內(nèi)無須使用鏈條油潤(rùn)滑，避免車身被污染；另外，每個(gè)烤箱分別由若干單體滾床組成，停機(jī)時(shí)可快速鎖定損壞部位，有利于故障判斷和解決。但由于考慮到滾床傳動(dòng)軸的安裝及烤箱的保溫性，所有的軸承在烤箱內(nèi)部。因此，烤箱軸承的使用壽命及預(yù)見性維護(hù)是一大課題。

圖1 烤箱輸送滾床結(jié)構(gòu)圖

1 烤箱內(nèi)輸送滾床軸承當(dāng)前使用介紹

烤箱滾子軸承均采用的是6205-2Z/C4HS1VT127F7 訂制白油高溫軸承，其內(nèi)部采用的是克虜伯L55/2 高溫潤(rùn)滑脂。

如圖1，每個(gè)滾床有5 根滾軸，外部由0.37kW 電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過鏈條鏈輪連接驅(qū)動(dòng)滾軸，滾軸兩端使用此高溫軸承，之前出現(xiàn)過幾次因軸承損壞造成的較為嚴(yán)重的停機(jī)。

當(dāng)前生產(chǎn)為3 班24h 運(yùn)行，每周連續(xù)生產(chǎn)6 天，基本沒有預(yù)留任何維修時(shí)間，生產(chǎn)期間一旦損壞，將可能導(dǎo)致當(dāng)日產(chǎn)量無法完成。

圖2 安裝前軸承內(nèi)部油脂機(jī)械狀態(tài)

由于軸承損壞會(huì)造成滾軸轉(zhuǎn)動(dòng)困難甚至卡死，導(dǎo)致滾床電機(jī)過流報(bào)警和車輛向前運(yùn)行超時(shí)甚至無法向前運(yùn)行，此故障將造成節(jié)拍嚴(yán)重下降和生產(chǎn)質(zhì)量缺陷。由于該故障需要烤箱降溫，這里以電泳烤箱為例，如從185～60℃需要至少1.5h，升溫過程從60℃升溫至工藝溫度需要至少2h。

因此，研究此類軸承的失效模式及制定合理的搶修預(yù)案很有必要。

2 主要失效模式分析

我們對(duì)此類軸承損壞過程作了實(shí)例分析，研究軸承損壞的真因，取樣分析大致結(jié)果如下。

圖3 軸承使用年限與狀態(tài)

根據(jù)圖3 可知，使用1 年軸承油脂大部分處于濕潤(rùn)狀態(tài)，顏色無較大變化；使用兩年軸承油脂變干，顏色發(fā)黃，部分軸承轉(zhuǎn)動(dòng)阻力較大；使用3 年大部分軸承已看不到油脂，軸承活動(dòng)阻力大，部分軸承出現(xiàn)卡頓，少量出現(xiàn)保持架破損現(xiàn)象。經(jīng)過對(duì)使用3 年軸狀態(tài)分析，大部分不能轉(zhuǎn)動(dòng)軸承洗掉干涸油脂可順暢轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，損壞與隨著使用年限油脂狀態(tài)變化關(guān)系很大，那么，有沒有更好的油脂或者使用不同結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑方式的軸承呢？克虜伯L55/2 油脂是當(dāng)前已知耐高溫性能最好的高溫潤(rùn)滑脂，此結(jié)論是從Durr 公司 長(zhǎng)期現(xiàn)場(chǎng)使用中得出。另外就是選擇別的類型軸承，當(dāng)前耐高溫軸承選擇大致有以下幾種：石墨軸承，銅套碳芯滑動(dòng)軸承，無保持架的高溫軸承以及陶瓷軸承。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，銅套碳芯滑動(dòng)軸承耐用性并不理想；石墨軸承因烤箱的風(fēng)系統(tǒng)可能會(huì)污染車身。對(duì)于無保持架的高溫軸承以及陶瓷軸承后期會(huì)做試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

根據(jù)對(duì)軸承使用狀態(tài)的抽樣調(diào)查（圖3）分析可得，軸承大批量損壞風(fēng)險(xiǎn)可定義在兩年，據(jù)此結(jié)論采取周期性的更換策略是目前能夠避免停機(jī)的有效預(yù)防措施之一。

但我們知道軸承的疲勞壽命是相當(dāng)離散的，同一批生產(chǎn)的同一型號(hào)軸承，在完全相同的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，疲勞壽命各不相同，甚至相差數(shù)十倍，因此還需要預(yù)見性維護(hù)措施。

3 預(yù)見性維護(hù)方法

預(yù)見性維護(hù)是基于過程數(shù)據(jù)，通過預(yù)測(cè)可能的失效模式以避免維護(hù)性問題的活動(dòng)，預(yù)見是從現(xiàn)在就開始對(duì)設(shè)備的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，長(zhǎng)期（定期）的監(jiān)控，并根據(jù)監(jiān)控結(jié)果所采取的維護(hù)措施?；陬A(yù)見性維護(hù)的理念，通過得到的結(jié)論，軸承潤(rùn)滑狀態(tài)不良、軸承出現(xiàn)損壞等狀況時(shí)都會(huì)不同程度反應(yīng)到電機(jī)的運(yùn)行電流，因此，增加電流監(jiān)控及預(yù)警值可達(dá)到預(yù)見性的效果，運(yùn)用電流監(jiān)控的手段，能夠提早發(fā)現(xiàn)疲勞壽命較低的軸承，避免造成停線故障。

圖4 烤箱電機(jī)電流報(bào)警界面及報(bào)警信息

圖5 報(bào)警內(nèi)部程序

根據(jù)長(zhǎng)期對(duì)每個(gè)滾床電流值的監(jiān)控與現(xiàn)場(chǎng)對(duì)應(yīng)檢查滾床軸承狀態(tài)，對(duì)每個(gè)滾床制定了較為合理的電流預(yù)警限值。在周期更換軸承期限內(nèi)根據(jù)預(yù)警值檢查軸承狀態(tài)，然后決定是否更換。以此預(yù)見性維護(hù)方法可避免疲勞壽命周期內(nèi)的損壞情形。

4 緊急性維修方式

4.1 滾輪旁通功能

當(dāng)以上的預(yù)防性和預(yù)見性維護(hù)不能完全避免損壞時(shí)，就要采取必要有效的應(yīng)急措施。單個(gè)滾輪卡死時(shí)，首先，利用管鉗來回轉(zhuǎn)動(dòng)軸以試圖將損壞的保持架滾珠擠出；其次，利用事先測(cè)量制作的鏈條跨過該軸，利用其余的四根軸帶動(dòng)車身向前運(yùn)行，但此時(shí)可能會(huì)有運(yùn)行超時(shí)，應(yīng)對(duì)方法為不讓車在此滾床存在等待時(shí)間，前面滾床等待空位后，增加進(jìn)車速度快速通過滾床。但以上方法都無效時(shí)需要利用方式2 解決。

4.2 快速降溫

當(dāng)烤箱內(nèi)滾床軸承在生產(chǎn)過程中完全卡死且無法旁通時(shí)，必須對(duì)損壞的軸承進(jìn)行更換。此時(shí)需要維修人員進(jìn)入烤箱內(nèi)進(jìn)行維修工作。由于烤箱內(nèi)溫度較高，必須采用烤箱快速降溫的功能，將烤箱內(nèi)溫度降至60℃以下，才能夠進(jìn)行維修工作?；旧峡鞠湔w降溫過程以及修復(fù)后的升溫過程占全部停機(jī)時(shí)間的95%以上。因此，如果能夠快速將烤箱進(jìn)行降溫和升溫則可以大大降低停機(jī)時(shí)間。

在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，供應(yīng)商就給烤箱設(shè)計(jì)了快速降溫功能，主要工作原理就是將周圍環(huán)境溫度相對(duì)較低的室內(nèi)空氣抽到烤箱中進(jìn)行冷卻。這個(gè)功能對(duì)于溫度較高的烤箱來說，降溫時(shí)間需要2h，同時(shí)升溫時(shí)間需要1.5h 左右。在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的情況進(jìn)行確認(rèn)后，我們發(fā)現(xiàn)可以僅針對(duì)故障點(diǎn)處的局部區(qū)域進(jìn)行降溫。具體操作方法是關(guān)閉烤箱新風(fēng)的送風(fēng)，手動(dòng)打開該局部區(qū)域?qū)?yīng)換熱箱的門，手動(dòng)打開主風(fēng)道的排風(fēng)風(fēng)機(jī)形成負(fù)壓，這樣故障區(qū)域換熱箱就會(huì)從周圍環(huán)境中抽取冷卻空氣進(jìn)去，對(duì)該區(qū)域進(jìn)行局部降溫。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，使用局部降溫的方法，降溫時(shí)間僅需50min 左右，升溫時(shí)間僅需30min 左右，大大降低了停機(jī)時(shí)間。下圖是使用局部降溫方法的操作流程。

圖6 烤箱局部降溫功能操作流程

4.3 高溫防護(hù)服

如前所述，當(dāng)生產(chǎn)過程中發(fā)生故障需要緊急搶修時(shí)，主要時(shí)間是等待降溫和升溫的時(shí)間。如果能夠在不進(jìn)行降溫的情況下進(jìn)行維修，對(duì)停機(jī)所造成的影響就會(huì)大大降低。

為此，我們采購(gòu)了高溫防護(hù)服，并配套相應(yīng)的呼吸器，如圖7 所示。使用此防護(hù)服，人員能夠直接進(jìn)入烤箱，進(jìn)行簡(jiǎn)單的維修工作。雖然穿戴防護(hù)服操作不便，會(huì)有一定的影響，但相比降溫和升溫過程來說，這些影響完全可以接受。

圖7 高溫防護(hù)服

5 軸承安裝方式—避免損壞軸承

軸承不正確的安裝方式將對(duì)軸承及其附件造成損傷，將會(huì)影響軸承使用壽命。因此，我們?cè)谳S承安裝方式上下了功夫，制作專用的軸承安裝工具，嚴(yán)格拆裝流程，安裝完成后手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸承，感受其狀態(tài)；增加一鍵測(cè)試功能，更換完滾軸通過測(cè)試功能轉(zhuǎn)動(dòng)滾軸，聽異響，檢查軸承安裝狀態(tài)。通過這一系列流程避免因不正確安裝造成的軸承損壞現(xiàn)象。

圖8 軸承及滾子拆裝工具展示

圖9 軸承及配件各安裝位置朝向

6 結(jié)語

由于高溫烤箱軸承使用位置的特殊性，緊急性維修較為困難，損壞時(shí)造成影響較大，因此，充分利用好預(yù)防及預(yù)見性維修手段，以及充分利用當(dāng)前設(shè)備科技條件制定應(yīng)急維修預(yù)案具有重要意義。軸承的改善選擇需要進(jìn)一步的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證；電流監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)能夠有效提供維護(hù)的依據(jù)，有效減少應(yīng)急性維修的次數(shù)，保障生產(chǎn)的順利進(jìn)行，以及避免緊急性維修帶來的能耗損失，人員在緊急性維修過程中可能造成的安全隱患。設(shè)備維護(hù)管理理念應(yīng)當(dāng)是首先結(jié)合預(yù)防及預(yù)見性維護(hù)，采用大量措施尤其充分利用設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)有效避免緊急維修。

圖10 安裝時(shí)使用專用工具敲打軸承內(nèi)環(huán)