呂利偉 閆興軍

（一拖（洛陽）柴油機(jī)有限公司 河南洛陽）

一、故障簡(jiǎn)介

日本NTC凸輪軸磨床是一臺(tái)對(duì)柴油機(jī)凸輪軸各凸輪表面進(jìn)行精加工的設(shè)備。在日常使用過程中，砂輪主軸出現(xiàn)抱瓦現(xiàn)象，造成靜壓主軸咬死。同時(shí)發(fā)現(xiàn)主軸發(fā)熱量高，溫度高達(dá)100℃以上。直接造成設(shè)備停機(jī)，為了能夠挽回企業(yè)停產(chǎn)造成的損失，決定成立項(xiàng)目小組進(jìn)行修復(fù)。

二、故障診斷分析

（1）由于砂輪主軸屬于靜壓軸承主軸，旋轉(zhuǎn)速度高，轉(zhuǎn)速高達(dá)5800 r/min，回轉(zhuǎn)精度高。該靜壓主軸采用供油壓力恒定系統(tǒng)的液體靜壓軸承和軸瓦的構(gòu)造。外部供給的壓力油通過節(jié)流器后從供油壓力降至油腔壓力，再通過封油面與軸頸間的間隙從油腔壓力降至環(huán)境壓力。軸承在軸不受外力時(shí),軸頸與軸承孔同心,各油腔的間隙、流量、壓力均相等，即設(shè)計(jì)狀態(tài)。當(dāng)軸受外力時(shí)軸頸位移，各油腔的平均間隙、流量、壓力均發(fā)生變化，這時(shí)軸承外力與各油腔油膜力的向量和平衡。節(jié)流器起自動(dòng)調(diào)節(jié)油腔壓力和補(bǔ)償流量的作用，其補(bǔ)償性能會(huì)影響軸承的承載能力、油膜剛度等。該主軸采用小孔節(jié)流器。由于軸的旋轉(zhuǎn),在軸承封油面上有液體動(dòng)壓力產(chǎn)生,有利于提高軸承的承載能力。這種現(xiàn)象稱為動(dòng)壓效應(yīng)，速度越高，動(dòng)壓效應(yīng)也越顯著。所以對(duì)壓力油的性能要求很高，工作的同時(shí)將伴隨大量的熱量產(chǎn)生，一旦熱量不能及時(shí)帶走，將會(huì)對(duì)主軸的剛度產(chǎn)生影響，同時(shí)對(duì)壓力油的黏度也會(huì)產(chǎn)生影響，造成主軸壓力的波動(dòng)，主軸浮起量發(fā)生改變，引起軸承干摩擦，進(jìn)而產(chǎn)生更多的熱量，打破散熱平衡，最后造成主軸咬死。

（2）通過對(duì)主軸系統(tǒng)的檢查發(fā)現(xiàn)幾個(gè)問題。①主軸表面溫度和油箱溫度偏高。②蓄能器蓄能效果大大下降，不能滿足使用要求。③拆開主軸后發(fā)現(xiàn)內(nèi)部殘留的油液中含一種黏稠的物質(zhì)，初步斷定為主軸潤(rùn)滑油中含雜質(zhì)所致。④靜壓軸承磨損嚴(yán)重，有嚴(yán)重的拉毛痕跡，經(jīng)測(cè)量靜壓軸承靜壓油腔間隙不均勻，最大間隙達(dá)0.2 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出要求的0.07 mm。⑤部分節(jié)流器節(jié)流孔被油液中臟物堵塞，造成油腔中作用于軸的靜壓力不能將軸浮起，浮量達(dá)不到要求，造成干摩擦。

（3）針對(duì)檢查結(jié)果及查閱相關(guān)資料，同時(shí)咨詢生產(chǎn)廠家專家，這種精度高的靜壓主軸系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)磨損或主軸咬死現(xiàn)象，修復(fù)非常困難，一般都是采用更換的方式。面對(duì)廠實(shí)際情況，購買或訂購主軸周期長(zhǎng)，決定試著修復(fù)這一故障。通過查閱靜壓潤(rùn)滑主軸軸承相關(guān)資料可知，要想保證主軸軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須保證形成可靠的外部壓力、油腔壓力和環(huán)境壓力。產(chǎn)生主軸浮量，形成壓力油膜，以承受載荷。

三、修復(fù)實(shí)施方案

（1）根據(jù)診斷情況，項(xiàng)目組制定了兩套修復(fù)方案。①通過對(duì)磨損軸瓦的刮研，盡量均衡油腔各部位的間隙，以獲得可靠的油腔壓力，同時(shí)對(duì)各個(gè)節(jié)流器進(jìn)行改進(jìn)，通過改變其小孔直徑的方法改變流量和壓力，以獲得可靠的環(huán)境壓力。此方案簡(jiǎn)單可行，實(shí)施時(shí)間短。②通過對(duì)磨損軸瓦鑲嵌新的巴士合金層的方法，形成符合要求的油腔間隙，清洗堵塞的節(jié)流器，以形成可靠的油腔壓力和環(huán)境壓力，保證主軸浮量，形成壓力油膜。

（2）方案實(shí)施前，首先對(duì)油箱進(jìn)行了清潔保養(yǎng)，注入美孚6號(hào)潤(rùn)滑油，以保證壓力油液的性能要求，其次通過查閱原蓄能器技術(shù)指標(biāo)以及蓄能要求，購買更換了符合使用要求的蓄能器。然后對(duì)空調(diào)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了檢查，保證冷卻系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。同時(shí)對(duì)油泵以及各壓力元件進(jìn)行了檢查，保證外部壓力的恒定。

（3）方案一的實(shí)施。①通過對(duì)軸瓦的反復(fù)刮研，測(cè)量，盡量保證軸瓦各部分直徑的統(tǒng)一，獲得更為接近的油腔間隙。②測(cè)繪加工不同小孔直徑的小孔節(jié)流器，從0.5 mm到2.0 mm各不同尺寸各準(zhǔn)備一套（6個(gè)），以備調(diào)整使用。③將主軸軸承安裝到頭架上，供上外部壓力油，用手輕輕盤動(dòng)主軸，觀察主軸是否轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，失去外力后主軸是否具有一定的自轉(zhuǎn)慣性，以確認(rèn)是否獲得均勻的承載油膜。同時(shí)打表測(cè)量主軸兩端的浮起量，看是否接近，達(dá)到使用要求。然后拆下來觀察軸和軸瓦干摩擦部分，進(jìn)行局部刮研，同時(shí)根據(jù)浮起情況調(diào)整小孔節(jié)流器。④按照此方法反復(fù)進(jìn)行刮研修復(fù)調(diào)試，直到主軸供上壓力油后，盤動(dòng)靈活，浮起量?jī)啥司鶆?，具有一定的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性后，連上電機(jī)、皮帶，調(diào)好張緊力，啟動(dòng)電機(jī)進(jìn)行試車轉(zhuǎn)動(dòng)，并觀察儀表反應(yīng)的主軸平衡量是否在要求的范圍內(nèi)，觀察一段時(shí)間，看主軸溫度情況，依次反復(fù)進(jìn)行多次試驗(yàn)。⑤經(jīng)常若干次的實(shí)驗(yàn)，主軸能夠達(dá)到轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，浮量達(dá)到要求，但是無法獲得可靠的剛度，一旦高速旋轉(zhuǎn)，主軸就會(huì)偏離，回轉(zhuǎn)度超差，出現(xiàn)部分干摩擦，熱量無法散去，主軸溫度急劇升高，不能達(dá)到使用要求。充分證明，對(duì)于精度要求高的靜壓軸承，油腔內(nèi)環(huán)境壓力通過方案一無法達(dá)到使用要求。

（4）在方案一失敗后，立即進(jìn)行方案二的實(shí)施。①通過查閱資料，確定了選擇錫基巴士合金做為軸瓦材料，由于在原來的軸瓦基座上澆注會(huì)破壞原來軸向的巴士合金層以及環(huán)帶內(nèi)部的巴士合金層。只有采取鑲嵌巴士合金套的方法修復(fù)軸瓦。②對(duì)軸瓦原來的巴士合金涂層進(jìn)行測(cè)繪，由于軸瓦的配合尺寸為軸瓦孔為直徑 80.07－0.005 mm，軸直徑 80－0.005 mm，有效長(zhǎng)度80 mm，確定鑲嵌巴士合金套底孔直徑83.8-0.01 mm，以保證鑲嵌后巴士合金套的壁厚達(dá)1.9 mm。同時(shí)為了保證巴士合金套外圓的加工，需要設(shè)計(jì)一個(gè)剛性大的環(huán)，讓巴士合金澆注到環(huán)上，通過對(duì)各個(gè)尺寸的測(cè)繪及圖紙確認(rèn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)外徑77 mm，內(nèi)徑72 mm，長(zhǎng)度81 mm，材料為45號(hào)剛的環(huán)作為巴士合金澆注的環(huán)座。③聯(lián)系巴士合金澆注廠家，澆注出符合要求的巴士合金毛坯套。④在廠辛辛那提小型立式加工中心上進(jìn)行加工，首先對(duì)磨損的軸瓦巴士合金層進(jìn)行鏜削加工到底孔直徑83.8+0.005 mm，然后對(duì)巴士合金套外徑及長(zhǎng)度進(jìn)行加工，直徑尺寸達(dá)到83.8-0.005 mm，長(zhǎng)度80 mm。然后利用特種膠涂在巴士合金外圓上進(jìn)行鑲嵌。⑤等待一段時(shí)間，使其完全粘接牢固后進(jìn)行內(nèi)孔的加工，首先小進(jìn)刀量鏜削加工，將環(huán)座鏜削掉，然后對(duì)巴士合金進(jìn)行加工，直徑達(dá)到80.07－0.005 mm。⑥對(duì)整個(gè)圓周的6個(gè)節(jié)流器安裝孔進(jìn)行加工，滿足節(jié)流器的安裝要求。⑦加工完成后，重新在主軸頭架上進(jìn)行安裝試轉(zhuǎn)以及浮量的測(cè)量，同時(shí)盤動(dòng)主軸檢查轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性及轉(zhuǎn)動(dòng)慣性。按照方案一的調(diào)試方法進(jìn)行調(diào)整，對(duì)旋轉(zhuǎn)中出現(xiàn)的局部接觸點(diǎn)進(jìn)行微量的刮研。通過調(diào)整測(cè)試，砂輪近端選擇直徑0.6 mm的小孔節(jié)流器，遠(yuǎn)端選擇直徑0.8 mm的小孔節(jié)流器。砂輪遠(yuǎn)端浮量0.012 mm，近端浮量0.001 mm?；剞D(zhuǎn)精度也在0.005 mm以內(nèi)。⑧在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)過近3 h的空運(yùn)轉(zhuǎn)，主軸溫度控制50℃以下，主軸一切運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

（5）對(duì)靜壓主軸單元各個(gè)外圍元件及砂輪進(jìn)行安裝，試車進(jìn)行零件加工。

四、修復(fù)效果

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)主軸進(jìn)行兩天的跟蹤觀察，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)及油溫正常，加工出的零件也完全達(dá)到工藝要求。然后又對(duì)其進(jìn)行了兩周的定期檢查回訪，設(shè)備一切運(yùn)行良好，完全達(dá)到正常使用要求。

該靜壓軸承主軸總成（含底座），日本報(bào)價(jià)45萬元人民幣，交貨周期半年以上。提供圖紙委托上海機(jī)床廠加工靜壓軸承軸瓦，主軸部件總成（不含底座）報(bào)價(jià)22萬，交貨周期5個(gè)月。除去維修中巴士合金套的外委加工及內(nèi)部加工費(fèi)用近2萬元。綜合考慮，該項(xiàng)修復(fù)直接為公司節(jié)省維修費(fèi)用20萬元人民幣。