趙 峰

（國家電投集團山西鋁業(yè)有限公司，山西忻州 034100）

0 引言

進口隔膜泵是氧化鋁生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，其重要性如同人體的“心臟”，也是氧化鋁實產(chǎn)中經(jīng)?！翱ú弊印钡牡胤剑鱾€企業(yè)都非常重視。常規(guī)故障一般很快就能恢復生產(chǎn)，然而動力端故障由于維修技術(shù)難度大，尤其進口設(shè)備有時還需要國外技術(shù)的支持，維修時間長，給生產(chǎn)造成巨大影響。動力端故障中的常見也是最關(guān)鍵的是連桿軸承，不同于常規(guī)軸承的拆裝和要求，其設(shè)計理念非常先進，拆裝方法特殊、安裝標準高、技術(shù)難度大。山西鋁業(yè)有限公司近幾年分別維修了德國和荷蘭的3 種共13 臺進口隔膜泵，本文就進口隔膜泵連桿軸承的故障及維修注意事項進行探討，希望能為氧化鋁行業(yè)或有類似設(shè)備的企業(yè)提供參考。

1 帶緊定套的軸承簡介

大部分軸承的軸孔為圓柱形，與軸的裝配是利用熱脹冷縮原理，通過加熱軸承或低溫冷卻軸的方法進行（圖1）。緊定套有時也稱為錐形襯套、脹緊套。

圖1 圓柱孔軸承和圓錐孔軸承

圓錐孔軸承的軸孔為圓錐形，與緊定套通過錐面進行緊密配合，一起固定在圓柱形的軸徑上。通常情況下，緊定套表面的錐度為1∶12。與圓柱孔軸承相比，帶緊定套的圓錐孔軸承具有明顯的特點。

1.1 優(yōu)點

（1）緊定套結(jié)構(gòu)特點決定了其良好的自鎖性，可以應(yīng)用于光軸上，避免階梯軸應(yīng)力集中的不足。

（2）拆裝方便，可以固定在軸的任何位置，軸向定位調(diào)整靈活。

（3）新安裝或軸承輕微磨損后，徑向游隙可以通過緊定套調(diào)整。

（4）能夠方便地安裝在大型或結(jié)構(gòu)復雜以及現(xiàn)場條件受限的設(shè)備上。

氧化鋁行業(yè)的隔膜泵作為大型設(shè)備，尤其受限于曲軸結(jié)構(gòu)的復雜性和軸承大型化（直徑960 mm），現(xiàn)場安裝不適用于熱裝法，上述（1）、（4）兩方面的優(yōu)勢尤為突出。

1.2 缺點

（1）技術(shù)難度大，尤其對于大型重載設(shè)備，對材料的要求高，并且需要制造廠家進行大量的基礎(chǔ)研究和試驗作為技術(shù)支撐。

（2）徑向游隙變化大、安裝要求高，對安裝工人有較高的技術(shù)水平要求，同時還需要豐富的經(jīng)驗積累。

（3）通常需要一些專業(yè)液壓工具配合拆裝。

（4）裝配精度達不到要求，容易加速軸承損壞或者松動失效，影響相關(guān)部件的壽命。

從國外技術(shù)人員現(xiàn)場的多次拆裝過程看，進口隔膜泵連桿軸承的維修，一方面必須借助于可靠的專業(yè)液壓工具，另一方面過程控制并不局限于理論計算，而是根據(jù)不同軸承出廠時公差范圍內(nèi)的微小尺寸區(qū)別（雖然所有軸承都是合格的），結(jié)合實踐經(jīng)驗在過程中加以修正，確保達到理想的安裝效果，提高設(shè)備長周期的可靠性。

2 進口隔膜泵連桿軸承的特點

氧化鋁行業(yè)的進口隔膜泵屬于重載設(shè)備，而且曲軸結(jié)構(gòu)復雜，為確保連桿不偏擺，連桿軸承選定為帶緊定套的圓柱滾子軸承。與常規(guī)帶緊定套的軸承比較，連桿軸承除了外形較大、承受交變重載之外，最大的不同是安裝時在徑向方向增加了預(yù)載荷（即預(yù)緊），而且最終使軸承內(nèi)部處于負游隙狀態(tài)。

增加的預(yù)載荷在進口隔膜泵中有以下5 個特殊的作用：

（1）在滾子與內(nèi)外套圈之間總是保持一種預(yù)壓力，使軸承在重載荷下游隙依然很微小甚至不產(chǎn)生游隙，大大提高旋轉(zhuǎn)精度與定位精度，從而保證十字頭運行的穩(wěn)定性。

（2）可以抑制振動及噪聲。預(yù)載荷使工作游隙越小，滾子在無載荷區(qū)的引導性越好，振動和噪聲就越小。

（3）能夠有效約束軸承滾子的公轉(zhuǎn)滑動、自傳滑動，減少磨損。

（4）增加了載荷區(qū)的滾子數(shù)量，軸承負荷更均勻，降低單個滾子的負荷，減少軸承在重載時的彈性變形，提高運行的可靠性。

（5）可以提高軸承的使用壽命。軸承游隙在運行過程中會因為磨損而增加，提前增加了預(yù)載荷可以有效補償游隙。

3 進口隔膜泵連桿軸承常見故障的原因

結(jié)合進口隔膜泵的工況和連桿軸承的自身特點，對經(jīng)常出現(xiàn)的不同于常規(guī)軸承的兩種故障進行介紹及原因分析。

3.1 軸承內(nèi)圈斷裂

（1）安裝或拆卸過程中受到了較大的沖擊力。該類大型設(shè)備和軸承，經(jīng)常受限于現(xiàn)場條件，沒有做好準備措施，在拆裝時急于求成、野蠻維修，會沖擊軸承。另外，吊裝過程中控制不當造成磕碰，也會導致軸承受到劇烈的沖擊。

（2）安裝游隙控制過小。該類軸承對按照技術(shù)人員的要求較高，負游隙過小，導致軸承過盈量太大，彈性范圍減小，內(nèi)圈應(yīng)力加大，尤其在隔膜泵不均勻反復的重載沖擊下將內(nèi)圈脹裂。

（3）安裝游隙控制過大。負游隙過大或為正游隙，一方面導致載荷區(qū)的滾子數(shù)量減少，增加了單個滾子的接觸力；另一方面在重載的情況下，也會使軸承內(nèi)圈的形變增大。

（4）運行過程中受到?jīng)_擊。在氧化鋁行業(yè)中，經(jīng)常由于卡閥、隔膜破損、溶出機組故障甚至活塞桿頻繁斷裂等原因，導致隔膜泵突然間運行壓力大幅波動、運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，動力端受到嚴重的沖擊，因此建議通過重視設(shè)備、加強操作和專業(yè)點檢定修等措施，減少連桿軸承的沖擊。

（5）連桿軸承的內(nèi)圈或曲軸與緊定套之間出現(xiàn)竄動，導致軸承完全偏離正常工作狀態(tài)而引起內(nèi)圈斷裂。

3.2 軸承內(nèi)圈、緊定套、曲軸互相竄動

（1）裝配表面不潔凈。由于存在雜質(zhì)，導致配合面的接觸面積大幅減小且不易發(fā)現(xiàn)，在運轉(zhuǎn)一段時間后，由于摩擦力不夠而出現(xiàn)竄動。此外，由于緊定套與曲軸完全靠過盈量緊固在一起，如果配合面油污、雜質(zhì)和水，也會導致摩擦力減小出現(xiàn)竄動。

（2）配合面邊角有毛刺或脹邊，同樣會導致裝配不到位出現(xiàn)竄動。

（3）維修過程中磕碰損傷裝配面。由于隔膜泵的零部件都較大，很多情況下要借助于行車或手拉葫蘆，拆裝不靈巧，導致磕碰裝配面。甚至在安裝緊定套時無法借助起重設(shè)備，只能靠多人配合手工組裝，更容易碰傷配合面。

（4）曲軸表面處理不徹底導致非正常接觸，接觸面積小于80%的最低要求。例如，在設(shè)備故障時曲軸表面出現(xiàn)粘附磨損，表面有溝痕或劃傷；維修過程中磕碰表面出現(xiàn)個別高點。

（5）軸承與緊定套未配套使用。為保證安裝質(zhì)量，內(nèi)圈和緊定套在出廠前已進行過配對研磨，所以在更換時必須按照標記或裝箱清單配套使用、不能混用，否則接觸面積有可能達不到安裝要求。

4 連桿軸承維修的注意事項

常規(guī)軸承緊定套的尺寸和形位公差參照標準GB/T 9160.1—2017 和ISO 2982-1：2013 制造。但是，通過對隔膜泵進口連桿軸承的測量對比，發(fā)現(xiàn)緊定套圓錐表面對內(nèi)孔的徑向跳動量、圓錐表面的錐角偏差等參數(shù)的公差平均比國標和國際標準高出5倍以上，可見連桿軸承“大而不笨”，屬于大型化、高精度、重載荷設(shè)計，其維修有很多地方不同于常規(guī)軸承（關(guān)于連桿軸承的詳細拆裝步驟本文不進行贅述）。山西鋁業(yè)有限公司有3 種不同廠家的大型進口隔膜泵，通過多臺大修工作，積累了一定經(jīng)驗。針對維修過程中不同于常規(guī)軸承需要注意的事項進行探討：

（1）高度重視，仔細認真。連桿軸承為進口備件，屬于高精度、重載荷設(shè)計，為非標軸承，在各個方面比一般帶緊定套的軸承要求高很多，所以，在維修時必須給予足夠的重視，所有拆裝工作必須緩慢進行，邊維修、邊檢測、邊檢查，尤其是對細節(jié)的處理馬虎不得。

（2）安裝前高標準的清潔非常重要。必須把軸承內(nèi)圈、緊定套、曲軸的表面進行認真細致地清潔，不能留有任何尖角、毛刺，必要時用專業(yè)砂紙打磨，避免影響裝配精度。

（3）多人配合要默契。緊定套打壓前，確保潤滑油和所有油路必須清潔。緊固人員和打壓泵操作人員要緊密配合，時刻進行交流溝通，確保打壓時緩慢升壓，緊固圓螺母時保持打壓泵壓力不會突然升高。

（4）過程潔凈同樣重要。由于曲軸不是階梯軸，緊定套與曲軸完全靠過盈量緊固在一起，所以要求曲軸表面和緊定套內(nèi)表面不能有任何油污、雜質(zhì)和水，建議用專用的清洗劑徹底清潔，然后用干凈的布擦拭干凈。安裝緊定套時，相關(guān)人員最好佩戴潔凈干燥的純棉手套，以減少配合面的污染。

（5）緊定套與軸承必須按照標記或裝箱清單配對使用，不能混淆。

（6）游隙控制是關(guān)鍵。該軸承最終安裝要求為負游隙，無法直接測量，只能間接通過軸向推進量或緊定套圓螺母的旋轉(zhuǎn)角度來推斷。雖然廠家給出了軸向位移與徑向游隙的關(guān)系式，但是只能作為參考，因為不同的軸承廠家以及軸承間的個體差異存在，必須從實際情況出發(fā)，安裝時通過測量、計算、比對，并融合一些實際經(jīng)驗，最終達到安裝要求。

5 結(jié)束語

氧化鋁行業(yè)大型隔膜泵的連桿軸承有其獨特性，多年來其設(shè)計、制造、安裝技術(shù)一直被國外廠家壟斷，過高的產(chǎn)品附加值和售后費用大大提高了我國企業(yè)的成本。不過，隨著我國材料和制造加工能力的不斷提升，多年來國內(nèi)廠家已經(jīng)潛心做了大量的基礎(chǔ)工作，堅持不懈地對國外技術(shù)進行研究、消化、吸收和自主創(chuàng)新。一些企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了國產(chǎn)化大修替代進口隔膜泵，打破了國外技術(shù)壟斷，成本僅是國外的50%，而且效果良好。