固體鑲嵌自潤滑軸承在井下無軌設(shè)備上的應(yīng)用

摘要：在各種井下無軌設(shè)備相應(yīng)機(jī)構(gòu)中，在保持原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式不變的情況下，將原來的薄壁軸套改造成鋼銅固體鑲嵌自潤滑軸承，提高設(shè)備的自潤滑能力，改善設(shè)備的潤滑條件，延長各連接銷軸的使用壽命。

關(guān)鍵詞：軸套;固體鑲嵌;軸承

一、固體鑲嵌自潤滑軸承簡介

固體鑲嵌自潤滑軸承是滑動(dòng)軸承的一種，屬于非完全流體潤滑軸承，由金屬基體與嵌入基體孔中的固體潤滑劑構(gòu)成。嵌入的固體潤滑劑包括石墨，硫化物，硒化物，碲化物，碳化硼，氧化鋁，氟化鈣，合成樹脂，聚四氟乙烯等。

它的主要特點(diǎn)有：

可靠性高。在有油，或無油環(huán)境中，均能保持良好的潤滑效果，可以避免膠合，抱軸現(xiàn)象的發(fā)生。

摩擦系數(shù)低，一般為0.04-0.1.

特別適用于不能（或者不易）形成油膜或油膜容易破壞的特殊工況。如高溫，粉塵污染，涉水等。

機(jī)械強(qiáng)度高，如高強(qiáng)度黃銅基材可以達(dá)到1000㎏/cm2，摩擦系數(shù)為0.05.使用溫度可以達(dá)到700℃。

適用于低速重載環(huán)境，結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)管理方便，無需定期加油，，壽命長，一般為普通滑動(dòng)軸承的5-10倍。

二、項(xiàng)目簡介

山東黃金集團(tuán)所屬焦家金礦井下無軌設(shè)備多為進(jìn)口設(shè)備，其價(jià)格昂貴。承擔(dān)井下礦巖裝運(yùn)任務(wù)的鏟運(yùn)機(jī)是生產(chǎn)組織上的關(guān)鍵設(shè)備，其結(jié)構(gòu)采用中央鉸接轉(zhuǎn)向，工作機(jī)構(gòu)是由液壓油缸驅(qū)動(dòng)鏟斗和大臂的動(dòng)作來完成裝載和卸載任務(wù)，其動(dòng)作是為周期性動(dòng)作。大臂和鏟斗及各個(gè)油缸通過銷軸相連，在各軸孔中安裝有薄壁銅套，軸套與銷軸之間發(fā)生相對的運(yùn)動(dòng)，軸套和銷軸磨損后更換軸套或銷軸即可。要求每班次加注一次鋰基潤滑脂來保證潤滑。

大臂及鏟斗連接結(jié)構(gòu)：（如圖一）

在各個(gè)銷軸連接點(diǎn)當(dāng)中，由于動(dòng)臂前軸位置較低，井下特殊環(huán)境造成長時(shí)間涉水，在重載情況下頻繁的周期性運(yùn)動(dòng)，每班加注的油脂很快被水沖刷消失，造成摩擦副的干摩擦，磨損最為嚴(yán)重。再加上軸套壁厚較薄，需要經(jīng)常更換軸套和銷軸。在使用檢查過程中稍有不慎，更換不及時(shí)，極易造成大臂和鏟斗主體結(jié)構(gòu)的損壞。造成較大損失。

大臂及前軸結(jié)構(gòu)（如圖二）

而更換這些軸套所需工時(shí)長，消耗大量人力物力，造成設(shè)備長時(shí)間停機(jī)，降低了設(shè)備完好率，增了設(shè)備運(yùn)行成本消耗，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常組織。

根據(jù)設(shè)備2013年和2014年動(dòng)臂前軸的使用維修情況所做的軸套維修時(shí)間統(tǒng)計(jì)表：

表一

車號

設(shè)備型號

部位

維修周期

使用時(shí)間（小時(shí)）

2

Atlascopco"ST3.5"鏟運(yùn)機(jī)

動(dòng)臂前軸套

11.24-12.5

145

6

Atlascopco"ST3.5"鏟運(yùn)機(jī)

動(dòng)臂前軸套

11.26-12.9

168

7

Atlascopco"ST3.5"鏟運(yùn)機(jī)

動(dòng)臂前軸套

12.10-12.21

160

15

Atlascopco"ST3.5"鏟運(yùn)機(jī)

動(dòng)臂前軸套

12.26-1.10

195

平均使用時(shí)間

167

三、解決方案的確定

延長大臂和鏟斗連接銷軸的壽命可以有如下幾種方案：

1、通過改變熱處理方法提高軸套和銷軸的硬度。軸套一般采用ZCuSn5Pb5Zn5、ZcuSn10P1、ZcuAl10Fe3加工，加工完成后為了保證加工的精度和減少熱變形一般不進(jìn)行熱處理，軸套的表面硬度和承載能力完全由軸套所使用的材質(zhì)決定。銷軸一般采用"45#鋼加工，通過表面淬火或調(diào)質(zhì)處理可以提高其本身的硬度。但是單一的提高銷軸的硬度會(huì)加速軸套的磨損，所以此方法不可行。

2、增加潤滑。一是加裝自動(dòng)潤滑設(shè)備，改善潤滑條件。但是自動(dòng)潤滑設(shè)備價(jià)格高昂，短時(shí)間無法實(shí)現(xiàn)，根據(jù)兄弟礦山的使用情況來看，該設(shè)備對于油脂的潔凈程度要求較高。二是每班多次注油，這也不是解決問題的最佳方案。所以增加潤滑設(shè)備或增加軸套材質(zhì)和壁厚也不是理想的解決方案。

3、提高設(shè)備本身的自潤滑能力，這就可以考慮將軸套改造成自潤滑鑲嵌軸承，使用固體作為潤滑劑，摩擦表面上形成潤滑良好、大幅度降低了摩擦磨損，保證了長期運(yùn)行時(shí)對摩擦副的良好潤滑，大幅減小了軸套的磨損，所以將軸套改造成固體鑲嵌自潤滑軸承的方案應(yīng)該是可行的。

四、固體鑲嵌自潤滑軸承的確定

固體鑲嵌自潤滑軸承是滑動(dòng)軸承的一種，它和軸套屬于同一類型的軸承。適用于避免污染不能加油或封閉性結(jié)構(gòu)不方便加油的場合;往復(fù)、擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)、頻繁起動(dòng)、制動(dòng)，重載低速運(yùn)轉(zhuǎn)的場合。大臂銷軸屬于重載周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行工況與固體鑲嵌自潤滑軸承的使用工況相符。

鋼銅鑲嵌軸承是銅基鑲嵌自潤滑軸承的一種再發(fā)展形式，是以高強(qiáng)度鋼為基體，在基體內(nèi)表面離心澆筑銅層后，再嵌入具有自潤滑性能的固體潤滑體而制成的自潤滑軸承。除具有普通銅基固體鑲嵌自潤滑軸承的所有優(yōu)點(diǎn)外，還具有節(jié)省成本，提高抗壓強(qiáng)度，端面可以與基體焊接安裝使用等優(yōu)點(diǎn)。

該軸承在摩擦過程中，鋼基材承擔(dān)了絕大部分沖擊負(fù)荷。鑲嵌在孔中的固體潤滑體在摩擦的作用下向摩擦面轉(zhuǎn)移或反轉(zhuǎn)移，在摩擦面上形成牢固附著并均勻覆蓋的固體轉(zhuǎn)移膜，大幅度降低了磨損。隨摩擦的進(jìn)行，嵌入的固體潤滑體不斷提供于摩擦面，保證了長期運(yùn)行時(shí)對摩擦副的良好潤滑，該軸承突破了一般軸承依靠油膜潤滑的界限性，具有承載能力高，耐沖擊，摩擦系數(shù)小、自潤滑性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于重載，低速，往復(fù)或擺動(dòng)等難以潤滑和形成油膜的場合，也不怕水的沖刷。而且，不會(huì)大幅提高備件成本，易于與機(jī)體安裝，可以隨時(shí)進(jìn)行焊接加固，便于維修，使用壽命長。特別適用于井下惡劣的環(huán)境。

鋼銅鑲嵌自潤滑軸承的基本性能：

基體材質(zhì)：鋼"+""CuSn6Zn6Pb3

基體硬度：HB60～90

最高使用溫度：300℃

極限動(dòng)載荷：70N/mm2

摩擦系數(shù)：μ"<0.16

最高滑動(dòng)速度：干2m/s"""油10m/s

這樣從根本上解決了設(shè)備關(guān)鍵部位的潤滑問題。所以，將軸套改造成鋼銅鑲嵌自潤滑軸承的方案是可行的。

五、應(yīng)用結(jié)果及產(chǎn)生效益

通過試驗(yàn)比對，對上述4臺(tái)設(shè)備進(jìn)行了技改，大臂及涉水軸套采用了固體鑲嵌自潤滑軸承，在使用了一個(gè)周期后效果明顯，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，備件使用時(shí)間明顯增加，降低成本消耗，應(yīng)用效果見下表：

車號

設(shè)備型號

部位

維修周期

使用時(shí)間（小時(shí)）

2

Atlascopco"ST3.5"鏟運(yùn)機(jī)

動(dòng)臂前軸套

1.4-2.5

575

6

Atlascopco"ST3.5"鏟運(yùn)機(jī)

動(dòng)臂前軸套

1.6-2.29

623

7

Atlascopco"ST3.5"鏟運(yùn)機(jī)

動(dòng)臂前軸套

2.1-3.2

542

15

Atlascopco"ST3.5"鏟運(yùn)機(jī)

動(dòng)臂前軸套

2.6-3.20

633

平均使用時(shí)間

593

通過上表可以看出軸套更換后平均使用時(shí)間是原來的3.5倍，每年度節(jié)省維修費(fèi)用19.5萬元，平均每臺(tái)設(shè)備減少停機(jī)時(shí)間148小時(shí)，減少的停機(jī)時(shí)間產(chǎn)生間接效益280萬元。

固體鑲嵌自潤滑軸承

在井下無軌設(shè)備上的應(yīng)用效益分析

現(xiàn)焦家金礦已對焦家礦區(qū)的4臺(tái)阿特拉斯ST3.5鏟運(yùn)機(jī)，進(jìn)行了固體鑲嵌自潤滑軸承改造，經(jīng)濟(jì)效益分析如下：

1.改造前每年度每臺(tái)車平均每167小時(shí)更換一次，每次費(fèi)用1380元，停機(jī)時(shí)間32小時(shí);改造后平均593小時(shí)更換一次，每次費(fèi)用780元，平均每年度每臺(tái)車按工作6000小時(shí)，車輛總臺(tái)數(shù)14臺(tái)計(jì)算：

（6000/167*780-6000/593*1380）*14=195072元

2.減少停機(jī)時(shí)間：

（6000/167-6000/593）*32=1257小時(shí)

間接經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)日歷時(shí)間按每小時(shí)鏟運(yùn)礦石5.94噸，每噸礦石品位1.5克，每克黃金250元計(jì)算，可產(chǎn)生間接效益：

5.94*1257*1.5*250=2800000元