徐博明

（青島特殊鋼鐵有限公司裝備部，山東青島 266400）

0 引言

近來青島特殊鋼鐵有限公司（以下簡稱“公司”）軋線區(qū)域部分軋機減速箱及電機頻繁出現軸承電蝕故障，對公司的正常生產有較大影響，并且導致了大量備品配件消耗、設備檢修費用的增加。為了解決減速箱軸承電蝕問題，開展了一系列的改造和攻關實踐，最終解決了軋機減速箱電蝕問題。

1 旋轉機械中的軸電流與電蝕

1.1 軸電流和軸電壓

軸電流是在轉軸中產生的一種有害電流，軸電壓是兩軸承端或轉軸與軸承間的電壓,是產生軸電流的直接原因。軸電壓存在以后，如果在轉軸及機座、殼體間形成了通路,就會相應地產生軸電流。電機產生軸電流的原因主要有如下4 個:①磁路不對稱；②高次諧波；③外部電源的介入；④靜電感應。如果電機轉軸及軸承間有軸電流存在,減速箱軸承的使用壽命將會大大縮短。軸電流輕微的,可運行上千小時；軸電流嚴重的,甚至只能運行幾小時。

1.2 軸承電蝕

當軸電流通過軸承時，在接觸點擊穿油膜放電，造成金屬表面局部熔融形成弧坑或溝蝕；當電流通過運轉中的軸承連續(xù)擊穿油膜時，形成條狀平行溝蝕（俗稱“搓衣板”狀）的現象稱為電蝕。產生電蝕的原因主要有4 個：①電機接地不良；②電機或變頻器諧波過大；③其他電氣設備短路；④靜電感應，其形狀特征一般呈現斑點、密集凹坑狀，有金屬熔融現象，可以通過其形成的特征坑來判斷軸承電流電蝕的大小。

2 減速箱軸承電蝕故障

2.1 電蝕故障的發(fā)現

通過對近兩年公司軋線區(qū)域拆檢設備軸承故障類型的分類分析，發(fā)現部分主減速箱拆檢的軸承均為同一故障特征——軸承內圈、外圈滾道面出現搓衣板狀凹坑，且觸摸軸承表面有明顯凹痕。對軸承的頻譜進行分析，發(fā)現加速度包絡圖中有外圈故障頻率及倍頻且包絡總值較大（圖1），部分減速箱軸承反復出現此類現象。這類故障已經成為軋線區(qū)域停產檢修的主要原因。

對照文獻資料，確定該類故障為電蝕故障（圖2）。

2.2 查找電蝕故障的原因

針對可能出現電蝕的原因收集大量資料進行比對分析，并結合現場實際梳理出減速箱軸承電蝕的原因可能有以下4 個：①電機的接地不良，軸電流傳導至減速箱；②通往減速箱的油管帶電；③現場電焊機隨意搭接地線；④靠近高壓設備的靜電感應及電荷累積。

圖1 故障軸承的加速度包絡圖

2.3 排查電蝕故障的過程

梳理出原因后開展了以下工作：首先，通過公司設備主管部門出臺電焊機的使用規(guī)定，杜絕現場隨意搭接和跨接接地線問題；其次，對現場的潤滑油管和潤滑油液進行了檢測，未發(fā)現帶電情況；經過查找現場不存在高壓設備，電機電壓為690 V，且兩者距離500 mm 左右；最后，針對電機可能出現的接地不良問題，在電機接地碳刷原有接地的基礎上增加一條接地線，直接與接地體相連。

圖2 電蝕故障

經過一段時間的檢驗，發(fā)現電蝕故障并未消除，減速箱軸承依舊存在電蝕現象，于是又設計了一個方案，進行消除電蝕故障的驗證。

選取所有電蝕故障中具有代表性的兩臺設備進行消除故障驗證，均在減速箱高速軸端加裝碳刷（半環(huán)抱轉軸），碳刷與減速箱外殼相連（圖3）。通過測量分析發(fā)現，新加裝的減速箱碳刷可測出50 mA 以上的電流，電機碳刷端測得電流為28 mA，且加裝此碳刷的設備已穩(wěn)定運行3 個月未出現軸承電蝕故障（以前該設備運行40 d 即出現軸承電蝕跡象）。

為了從源頭上解決軸承電蝕的問題，決定更換電機及變頻器進行查找排除電流驗證。選取故障設備中的一臺設備，更換變頻器后再次測量，減速箱端碳刷仍然可測出50 mA 以上的電流，而電機碳刷端測得電流仍為28 mA。由此判斷，變頻器不是產生軸承電蝕電流的源頭。隨后對其進行更換電機驗證，再次測量減速箱端碳刷未發(fā)現電流，因此判斷造成減速箱軸承電蝕的電流來源于電機端。

3 減速箱電蝕的原因推斷及處理措施

3.1 電蝕的原因推斷

由于對軸電流的產生原因尚未完全掌握，推測電機可能存在以下兩種原因。

圖3 在減速箱高速軸端加裝碳刷示意

（1）磁路不對稱。由于制造工藝的原因,通常會造成部件的磁路不對稱。如果磁絕緣性能不好，轉軸、軸承、機座容易構成閉合磁路。轉軸沿軸向磁化，旋轉時會產生交變磁場，在單邊軸承和轉軸之間就形成了渦流，從而造成電蝕[1]。

（2）機械部位中存在相當強度的剩磁。在電機的制造和工作過程中，振動必然導致機械被磁場磁化。各部件都存在剩磁，特別是在電機制造過程中采用不同的加工工藝和方法會產生強剩磁。旋轉部件在剩磁場中旋轉得越快產生的軸電壓越高，一旦絕緣不好便構成了電回路，軸承和齒輪就成為軸電流的負載[1]。

3.2 電蝕的處理措施

因為電蝕故障的機理尚未完全清楚，以公司內部技術力量難以從根源上解決因電機制造工藝而產生軸電流的問題。針對此結果采取以下措施：①所有軸承電蝕的減速箱高速軸增加接地碳刷；②制定檢修計劃，逐步更換軸承電蝕的問題電機；③改造后的減速箱碳刷納入日常點檢，注意碳刷磨損情況，及時調整或更換碳刷。

4 結語

本次對軋機減速箱軸承電蝕故障機理進行系統(tǒng)研究，通過現場監(jiān)測分析及技術驗證，查找軸承電蝕產生的原因，并制定解決軸承電蝕的措施與方案。方案實施后，有效避免了減速箱的軸承電蝕故障，設備運行良好，至今未發(fā)生減速箱軸承電蝕的情況。本次研究對降低設備故障率，提高產能有積極作用。

對減速箱軸承電蝕故障在公司內部尚屬首次探究，經過本次對現場問題的實際分析處理，對軸電流的產生及危害有了更加深入的了解，為軸電流的預防和消除工作提供了實踐依據。