摘要：运输部马迹山港回转大轴承是典型的大型低速重载回转设备，属堆、取原料关键设备，为了确保该轴承的可靠运行是非常重要的。由于常规的振动传感器很难拾取如此低频的信号致使振动分析无法进行，因此我们利用润滑脂的光谱和铁谱分析方法对其进行状态监测。在此研究过程中，开发出新的润滑脂专用溶剂。研究结果表明，利用润滑脂的光谱和铁谱分析技术来评价该类型低速重载轴承磨损状态是可行的。
关键词：滚动轴承；状态监测；润滑脂；铁谱技术
1引言
低速重载轴承一般承受较大的负荷，在其运行过程中经常会出现局部点蚀、剥落以及滚子破碎等严重故障。这类轴承一般都安装在一些大型关键设备上，一旦发生故障将会引起较大的经济损失。马迹山回转大轴承具有低速、重载、尺寸大等特点，它是关键设备。倘若发生故障，将会影响生产，并带来巨大的经济损失。由于对该类型轴承直接进行拆检的费用非常惊人，且所用时间也相当长，因此生产现场迫切需要有合适的非破坏性分析手段来对其进行监测。倘若评估结果认为该轴承能够继续服役，则可以将拆检更换工作延期进行，也就是说，生产厂希望能够尽可能地延长该轴承的使用寿命。
2试验部分
2.1分析对象情况
马迹山堆取料回转大轴承直径达4.5m，自重约8t，是关键设备。该轴承为国外大轴承制造厂生产，其设计使用寿命为10年左右，每个轴承的造价上百万元。它以锂基润滑脂进行润滑，滚动体采用高铬合金钢材质。该设备于2000年投入使用，由于该轴承的实际使用时间大大超过其设计使用寿命，由于常规的振动传感器很难拾取如此低频的信号致使振动分析无法进行，因此我们利用润滑脂的光谱和铁谱分析方法对其进行状态监测。为最大程度地保证该设备的可靠运行，我们开发出润滑脂专用溶剂，建立了润滑脂的光谱分析和铁谱分析新方法，并成功地用于该轴承的状态监测中。
2.2取样情况
由于滚动轴承内的润滑脂粘度大，流动性差，其在轴承内不是循环流动，而且轴承各零件的磨损情况不同，所形成的磨粒基本上停留在所发生的位置，因此磨粒在润滑脂中处于不均匀分布状态，给采集有代表性的样品带来相当大的困难。为了对大型低速重载轴承进行状态监测，获得有代表性的润滑脂样是当务之急。我们通过大量实践，同时本着简单、易行、便于操作的原则，特建立起回转大轴承润滑脂的取样操作方法。取样点为沿轴承圆周方向均匀分布的①、②、③和④四个不同部位（见图1）。通过添加新脂将轴承内部旧油脂挤出的方法实施取样。
2.3分析方法
对润滑脂进行光谱分析和铁谱分析的前提是必须将润滑脂完全溶解成均匀分散的液体状溶液，然后再利用油料光谱仪和铁谱仪对其进行测定。利用光谱仪测定铁元素含量，然后对油样进行铁谱仪制作铁谱片，在显微镜下观察磨粒的形貌、尺寸、材质等来判断轴承的磨损状况。磨粒图片是利用铁谱显微镜和数码相机对分析式和旋转式铁谱片上的金属磨粒进行拍摄的，均采用白色反射光源和绿色透射光源。所用仪器型号：SPECTROILM型光谱仪、RPD旋转式铁谱仪、BX60铁谱显微镜。
3结果与讨论
3.1光谱分析
由于该轴承所有的摩擦副都是钢材质的，因此润滑脂中铁元素浓度就可以用来衡量该轴承的磨损状态了。四个样点所取得的油脂都单独进行测试，然后计算出它们的平均浓度，这样就可以进行趋势分析了。测试数据见表1，其铁元素平均值的变化趋势图如图2所示。由表1、图2可知，从2017年8月至2017年12月，润滑脂中铁元素浓度呈上升趋势，至2018年2月时达到最高值（平均值为24427PPM），润滑脂中铁元素浓度加速急剧上升，且铁元素含量很高。说明轴承已出现严重的异常磨损现象。2018年5月分析数据有一定下降，主要是为了避免轴承加速劣化采取一系列的强制措施，如缩短加脂周期，并增大加脂量等。
3.2铁谱分析
与前几次分析相比，2018年2月的轴承润滑脂中钢磨粒的数量很多，有大幅增长趋势轴承有加速劣化的趋势，且其中有较多超大尺寸的片状和疲劳剥离磨粒（见图3～图6）出现，说明该轴承内部存在严重的疲劳剥落现象。因此推断出大量大尺寸异常磨粒的存在加剧了轴承的异常磨损。建议缩短加脂周期或加大加脂量，以便将轴承内部大尺寸磨粒置换出来，防止磨料磨损加剧轴承的异常磨损。
3.3诊断结论与建议
综上所述，得出如下结论：该轴承目前存在严重的异常磨损，其故障类型主要为轴承滚道的疲劳磨损，且该轴承的磨损率很高，有加速发展趋势。考虑到该回转轴承的使用年限已经大大超过原设计寿命，且其异常磨损有加速发展的趋势，因此建议：（1）与现场技术人员、专家共同讨论轴承事宜并最终确定更换轴承方案。准备备件，安排轴承的检修和更换工作。（2）在轴承尚未更换的这一段时间内，加强轴承的润滑管理工作，缩短加脂周期，并增大加脂量，在保证轴承的润滑效果的同时也可以将轴承内部的金属磨粒带出来，尽量减少磨料对轴承的进一步损伤。（3）在轴承更换之前，缩短润滑脂磨损分析的监测周期，以便跟踪轴承异常磨损加速劣化的发展趋势。
3.4结果验证
在综合了现场生产实际情况、备件交货期、设备年修等多方面因素的前提下，生产厂决定于2018年6月利用设备年修的机会对该轴承实施更换。在这期间我们采取了将取样周期缩短进行跟踪监测。跟踪测试结果表明，虽然现场采取了缩短加脂周期同时增大加脂量等措施，改善润滑条件只能在一定程度范围内延缓轴承异常磨损的发展速率。通过对轴承拆检发现轴承存在很严重的疲劳剥落磨损（见图7～图12）即将磨损失效引起设备故障。在更换轴承后，再次对新设备进行了测试，发现润滑脂中的铁元素浓度降到了1000PPm以下，铁谱分析显示其中颗粒以小尺寸的正常滑动磨损颗粒为主，表明该设备已经恢复到正常水平。
4结束语
我们建立了一种通过间接方法监控滚动轴承润滑状态的新方法，能对摩擦副在运行过程中的润滑状态的变化进行有效的监控。通过润滑脂的光谱和铁谱分析对马迹山回转大轴承的磨损状态进行监测，使其使用寿命大大延长，达到了18年。由此表明，利用光谱和铁谱分析技术对低速重载的脂润滑滚动轴承进行状态监测在技术上是可行的，尤其对延期服役的轴承来说更加有效。
参考文献
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作者:胡申辉 陆炜煜 单位:宝武装备智能科技有限公司
