张毅勃 张思聪 刘 超 张建李 杨丛龙

（1.唐山钢铁集团有限责任公司长材事业部，唐山 063011；2.唐山钢铁集团有限责任公司财务经营部，唐山 063011；3.唐山钢铁集团有限责任公司工程管理部，唐山 063011）

1 油膜轴承分类及润滑原理

油膜轴承通过润滑油在衬套与锥套之间形成完整的压力油膜，使衬套与锥套的工作面分离，不发生直接的金属接触，达到液体摩擦状态[1]。它具有承载能力大、使用寿命长、速度范围宽、结构尺寸小以及抗冲击能力强等优点，因此被广泛应用于钢铁行业。按油膜形成的条件，它可分为静压油膜轴承、动压油膜轴承以及动静压油膜轴承。目前，国内外大多数轧机使用的为动压油膜轴承或动静压油膜轴承。

静压油膜轴承基于润滑油的静压效应，通过压力油将轴抬起，使衬套与锥套之间处于纯液体摩擦状态。油膜的形成不受相对滑动速度的限制，具有旋转精度高、摩擦阻力小以及承载能力强的特点。但是，由于需要较为复杂的供油系统，除在高精度机床上使用外，它较少应用于其他场景。

动压油膜轴承基于楔形原理，使得润滑油被转动的轴带入收敛的楔状间隙。由于润滑油本身是不可压缩的，受压时会产生抗力实现承载。当外部载荷与油膜压力平衡时，衬套与锥套之间会形成完整的压力油膜，从而使两个工作表面分离，形成纯液体摩擦。

动静压轴承具有动压和静压双重效应，同时具备两者的优点。轴承油腔采用浅腔结构，利用静压轴承的节流原理，在动压轴承的承载区开设很小的压力油腔，通过注入高压油克服动压轴承启动和停止时出现的干摩擦。当在主轴启动后，通过浅腔阶梯效应实现动压承载力和静压承载力的叠加，极大地提高了主轴承载能力，保证主轴具有高的旋转精度和平稳的运转性能[2]。

2 轧机油膜轴承的常见故障

油膜轴承结构原理虽然不复杂，但是其制造精度要求高，对安装、使用以及维护的要求非常严格。从油膜轴承的失效形式来看，轧机油膜轴承的常见故障主要有磨损、锈蚀、划伤、片状剥落、塑性流动、龟裂、烧熔、规则裂纹以及边缘磨损等。从现场损坏的油膜轴承来看，轧机油膜轴承的常见故障主要有漏油、轴承进水以及异常磨损等。其中，油膜轴承进水造成轴承失效的占比达到80%以上。

3 轧机油膜轴承进水原因

3.1 热轧板带轧机支承辊

轴承密封使用时间长会出现老化破损，从而导致进水。若排气孔开设位置不合理，轧辊装配运行一段时间后旋转密封部位出现会轻微负压，导致机构从内置的油箱蒸汽加热器或润滑油换热器部位的管路通道中进水[3]。润滑油进水后产生的主要后果是造成油膜强度降低、易锈蚀损害锥衬套、降低润滑油的脱水性能以及缩短油品的更换周期[4]。

针对以上情况可以采取相关措施，主要有：检查、更换存在问题下线的轴承座装配水封；跟踪线上运行的轴承座装配，定期检查油箱液位的变化，并通过打开油箱低位或回油管低位排水阀观测油品含水量；改造存在问题的进排气孔形状及位置；将进排气孔从回油接头位置改到轴承座装配端盖上侧，避免设备运转后由于进、出油口的压强变化而影响轴承内部供油压强[5]。

3.2 棒、线材精轧机锥箱与辊箱

根据棒、线材维护记录统计数据可知，目前锥箱与辊箱进水的主要原因为密封件损坏和箱体结合面渗漏。进水的主要原因主要有4个方面。第一，轴肩双唇密封进水。如果密封唇口0.5 mm凸起的磨损量达到0.4 mm时，易造成冷却水从轴肩双唇密封处进入辊箱。第二，冷却水从O形圈处进入辊箱。O形圈配合过盈为0.5～0.8 mm，压缩率达到10%～15%。在装配过程中，如果密封圈压缩量过小会造成密封不严，压缩量过大会造成O形圈切边损坏。第三，从箱体结合面和面板的螺纹孔处进入辊箱。辊箱结合面由于加工尺寸精度和装配过程中密封胶注胶时不连续或不均匀，会导致箱体进水。第四，气封压强和气源清洁度。气封压强一般保持在0.06～0.10 MPa。如果气压过高，会造成密封加速磨损；如果气压过低，吹力不能推动唇口紧贴外环面，会造成辊箱进水。此外，气源清洁度不达标极易造成气封孔堵塞，使得唇封（内面）堆积大量杂质而加速密封磨损。

4 稀油润滑油含水量检测及监测

4.1 传统润滑油油品含水量传统检测方法

传统油品含水量的检测方法为观察油箱底部积水报警器判断系统是否进水。利用回油管最低端的分水器外置透明玻璃管观察进水情况，可通过打开油箱低位或回油管低位排水阀观测油品含水量。这种检测方法不能及时掌握进水情况（油品需静置），时效性较弱。对于一个润滑系统，传统检测方法不能发现哪台设备出现问题，定位准确度不高。此外，它对各油膜轴承的进水量缺少数据支撑，无法准确判断各油膜轴承进水趋势变化。

4.2 新型油含水在线监测系统

在线油液监测系统集黏度、含水率、油品品质、温度、密度、微量水分、污染度以及金属磨粒等多参数监测于一体，根据机械设备的不同，使用不同的润滑油，可实现不同参数匹配分组集成。

轧机润滑油含水在线监测系统由下位机单元、油路循环单元、通信单元以及上位机单元组成。第一，集成度高。一个传感器结构内部集成了黏度、密度、油品品质和温度传感敏感器件，减小了传感器的体积，便于现场安装，且减少了多个传感器相互干扰带来的油路扰动。第二，数据处理与算法。通过完整的数据处理算法和模型，可有效甄别无效数据和干扰数据，净化数据流，同时能够保证把有效的油液指标数据形成分析结果与建议，为管理人员提供决策分析的依据。第三，拓展性强。在系统设计时预留接口，可根据现场需求增加相应的监测指标。软件中也预留了相应的数据接口，便于进行二次开发，对数据进行其他应用。第四，与传统检测方法对比，在线油液监测系统能够实时掌握系统的进水情况（时效性强），可实现单体设备进水量的准确预报（准确度高）。此外，设备技术人员借助此系统可及时了解设备各时段状态，掌握其变化趋势。

5 某钢铁厂轧钢产线油品含水在线监测系统应用

5.1 热轧产线油品含水在线监测系统应用

在粗轧、精轧轧机油膜轴承回油管路安装9个含水传感器测点，建立一套油膜轴承系统油品含水在线监测系统，如图1所示。

图1 热轧产线油水在线监测系统

由图2的监测画面可以看出，粗轧R2润滑系统回油管路中含水量已超过2%的上限，出现红色报警。

设备维保人员根据报警信息排查R2润滑系统进水点，处理后R2润滑系统含水率降为0。可见，该系统的投入为现场设备维护提供了强大的数据支撑。

5.2 高线油品含水在线监测系统应用

图3是高线模块轧机润滑油含水量采用停机判断的图表结果，可以看出含水率在明显上升，因此判断该架齿轮箱存在进水问题。维护人员可根据系统曲线有针对性地处理系统存在的问题。

图2 热轧产线油水在线监测系画面

图3 高线油品含水在线监测油温及含水量曲线图

6 结语

通过在线监测含水量，可实现对轧机及其他设备进水数据的呈现，降低现场工程师的劳动强度，确保油膜轴承的安全稳定运行，为设备管理决策提供科学的数据支撑，通过提高决策效率降低企业的生产成本。