摘要：离心纺丝电锭工况较恶劣，故障率高。对某化纤生产企业的故障电锭进行研究，发现故障电锭损坏主要集中在轴承和电机部分。对电锭轴承的疲劳寿命进行分析，计算出轴承的疲劳寿命约为75d；对生产现场的电锭进行抽样分析，发现电锭的故障时间约为70～90d；对100台电锭分别进行轴承维护和电机维护，对比故障结果，判定离心纺丝电锭故障产生的根本原因是轴承的疲劳损坏。
关键词：离心纺丝电锭；轴承；疲劳寿命；故障
Abstract：Failure rate of the centrifugal electric spindle is high under the harsh operating condition. Through studying electric spindle failure of a chemical fiber production enterprise， it is found that electric spindle failure contains two aspects， bearing and motor. Then， the fatigue life of the bearing was analyzed and its fatigue life was figured out， i.e. about 75 days. It is found from sampling analysis of the electric spindle in the production field that， the fault time of electric spindle is about 700～90 days. The bearing and motor maintenance was done for 100 motors， and the fault results were compared. The basic reason of centrifugal electric spindle fault is the fatigue failure of the bearing.
Key words：centrifugal electric spindle； bearing； fatigue life； fault
中国是世界上最大的化纤生产国，《2016—2022年中国化学纤维行业分析及投资决策研究报告》显示：2015年中国化学纤维市场产量达4872万t。离心式连续纺丝机是生产粘胶长丝的一种重要设备，其核心部件是离心纺丝电锭，GD型离心纺丝电锭是目前国内化纤企业中使用最多的一种电锭，结构如图1所示。三相交流变频电机为电锭提供动力，电机定子直接安装在电锭机壳上，电机的转子直接和转轴连接，转子由上下两个深沟球轴承支承，在变频器的驱动下，电机带动离心罐以8500r/min速度旋转[1]，丝束进入高速旋转的离心罐内，在离心力作用下加捻并缠绕成丝锭。这种电锭结构简单、重量轻、制造方便，运转平稳，加速性能好，易于实现高转速。
化纤生产普遍采用湿法纺丝工艺，电锭的工作环境湿度大、酸性腐蚀大，再加上电锭的工作转速高，因此电锭的故障率高[2]。
电锭发生故障后，一般是凭维修工人的经验来排查故障并进行维修。但是纺丝企业的电锭数量巨大，凭经验进行维护，不但效率极低，而且维护成本相当高[3]。如果能够找出电锭故障的根本原因并进行有效维护，将极大提高纺丝机运行的可靠性和产能，降低生产成本。
本文对某化纤生产企业的故障电锭进行统计分析，并结合理论探究了电锭故障产生的根本原因。
1轴承疲劳寿命分析
某化纤生产企业拥有离心纺丝电锭36000台，由于故障率高，维护量大，该企业每年都要花费大量资金用于纺丝电锭的维修保养，极大影响企业的经济效益。
通过对损坏电锭的拆解分析，发现电锭损坏主要集中在轴承和电机两个部分，电机的损坏主要是转子的磨损和定子线圈烧坏。
电锭在启动、停机和稳定运行过程中，不可避免地存在不平衡力，尤其在离心罐的内壁，原浆和水分分布的不均匀会产生不平衡力，导致电锭产生振动，对轴承造成冲击，特别是电锭启停过程中，当振动频率和电锭的固有频率相等时，会产生共振，对轴承产生更大的冲击。粘胶长丝的生产过程是周期性的，当一锭长丝成锭后，电锭停机，取出丝锭，然后再起动电锭，生产另一锭，周而复始，在这种周期性的启停过程中，系统会产生共振，尽管这种共振时间较短暂，但冲击作用积累后将加速轴承的疲劳破坏，从而使得轴承间隙增大，而转子和定子之间的间隙很小，轴承间隙增大到一定程度后，转子和定子将会接触，发生摩擦，造成定转子的磨损，摩擦所产生的高温将破坏定子线圈的绝缘性能，最终导致定子线圈的烧毁，致使电锭无法正常工作，因此推测轴承疲劳破坏是电锭故障的根本原因。
为求得电锭轴承的当量动载荷，采用Adams/vibration模块进行电锭的振动响应分析，这不仅可以获得电锭的振动响应特性，还可以得到电锭轴承在不平衡质量作用下承受的动载荷[4]，如图2所示。径向载荷取其稳定工作时的最大值Fr=940N，轴向载荷为离心罐和转轴等的重力Fa=18.2N。图2轴承径向载荷
根据电锭的工作条件，可以确定疲劳寿命计算的相关参数[56]，如表1所示。电锭使用6000系列的深沟球轴承，内径为17mm，基本额定动载荷C为9580N；电锭工作温度在80℃以下，温度系数ft取1；电锭在运转时存在一定的冲击载荷，属于轻微冲击，载荷系数fp取1.05。
2电锭故障统计分析
为了验证理论计算的可靠性，确定电锭故障产生的主要原因，对该企业的电锭进行统计分析，随机选取生产线上的3600台电锭作为研究对象，并进行标记，然后对标记的电锭运行状况进行监控。