如何防止主軸承失效以提高磨機(jī)產(chǎn)能

孫若霖++鹿方++劉吉++胡曉赟

[摘 ?要]本文通過(guò)分析磨機(jī)主軸承失效的主要因素—載荷、主軸承襯的壓強(qiáng)、主軸承相對(duì)間隙、制造安裝質(zhì)量、工作溫度等，闡述了因潤(rùn)滑油粘度的變化對(duì)最小油膜厚度的影響進(jìn)而使軸承襯磨損，導(dǎo)致溫度升高造成軸承襯熔化、軟化等失效形式。提出了加強(qiáng)主軸承的潤(rùn)滑管理，選擇相適應(yīng)的潤(rùn)滑油，加強(qiáng)潤(rùn)滑油站的維護(hù)，采用軸承溫度監(jiān)測(cè)儀，油壓保護(hù)裝置，加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)等措施，避免發(fā)生事故，提高磨機(jī)產(chǎn)能。

[關(guān)鍵詞]軸承 ?粘度 ?失效 ?措施

中圖分類(lèi)號(hào)：TD453 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）24-0131-01

1.影響主軸承的因素

影響主軸承特征的因素主要有力學(xué)、結(jié)構(gòu)和溫度等。

磨機(jī)力學(xué)載荷可分為：恒載、動(dòng)載、軸向載荷。

恒載荷是磨機(jī)回轉(zhuǎn)部分的重量G1，其中包括筒體、空心軸、襯板和隔板倉(cāng)的重量，邊緣傳動(dòng)的大齒輪及附件重量，均可簡(jiǎn)化為恒載，垂直作用于兩個(gè)主軸承上。

動(dòng)載是由動(dòng)態(tài)研磨體及物料回轉(zhuǎn)引起的動(dòng)載荷G2。其中研磨體重量Gm。粉磨時(shí)，研磨體和被粉磨物料是混在一起的，這部分物料重量約為研磨體重量的14%，由研磨體、物料回轉(zhuǎn)引起的動(dòng)載荷約為其重量的2%。

則：G2=1.14×1.02Gm

每個(gè)主軸承承受的總載荷G，是磨機(jī)的重量G1和其產(chǎn)生的動(dòng)載荷G2的矢量和的一半。由此得：

G=0.5×≈0.5×（G1+ G2）

式中：θ— 矢量夾角，由磨機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。

軸向載荷，產(chǎn)生軸向載荷有兩種原因，一是磨機(jī)膨脹引起的軸向載荷，二是開(kāi)式齒輪安裝不正確，大小齒輪軸向磨出臺(tái)，都會(huì)產(chǎn)生軸向力。該力作用于入口主軸承，容易造成軸承襯側(cè)面磨損。軸向力在設(shè)計(jì)中有預(yù)防措施，只要精心安裝、加強(qiáng)維護(hù)、正確使用就可避免發(fā)生事故。

主軸承襯的壓強(qiáng)，是磨機(jī)主軸承的重要參數(shù)，一般用下式計(jì)算：

P = G /（B×D×sin（α/2））

式中：P—壓強(qiáng)，G—軸承載荷，B寬度，D—直徑，α—包角。

結(jié)構(gòu)

磨機(jī)的主軸承為動(dòng)靜壓軸承，這種軸承是在軸瓦中間開(kāi)設(shè)一個(gè)靜壓油腔，并配備一套高壓油站。在磨機(jī)啟動(dòng)前，先開(kāi)高壓油泵，將一定量高壓油打入靜壓油腔中，具有一定壓力的油便從油腔向四周擴(kuò)散出去。當(dāng)供入量與從油腔向外的泄露量相等時(shí)，便形成一個(gè)穩(wěn)定的靜壓油膜，來(lái)承擔(dān)外載荷。該靜壓油膜使軸頸和軸瓦得到完全脫離接觸，處于全液體摩擦狀態(tài)。磨機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)，高壓油泵繼續(xù)供油，來(lái)維持磨機(jī)的正常油膜。為使磨機(jī)兩端的供油壓力保持平衡，最好將高壓油站設(shè)在磨機(jī)筒體下方靠近中央位置。對(duì)潤(rùn)滑油站，要經(jīng)常檢查油泵和管路系統(tǒng)是否正常，濾油器、冷卻器要定期清洗，保證管路系統(tǒng)暢通無(wú)阻。還要定期對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行油質(zhì)化驗(yàn)，及時(shí)更換不合格潤(rùn)滑油。磨機(jī)主軸承發(fā)生事故，大都是由于供油系統(tǒng)故障或潤(rùn)滑油污染嚴(yán)重造成的，所以定期檢查不容忽視。

磨機(jī)主軸承的半徑間隙

由于磨機(jī)主軸承幾何尺寸大，載荷又重，變形及加工精度難以保證，相對(duì)間隙ψ都在0.001左右，則軸承的半徑間隙C=ψ*R。只有當(dāng)C值在軸徑和軸瓦的配合尺寸給定的公差范圍內(nèi)方能滿足要求。半徑間隙大，油流量大，溫升低，但軸承承載能力也低。

最小油膜厚度

最小油膜厚度是保證軸徑和軸瓦完全脫離接觸的必要條件。

即：hmin≥[hmin]=S*（△1+△2+Y1+Y2）

式中：hmin —最小油膜厚度，mm;

[hmin] —許用最小油膜厚度，mm;

△ 1 —軸徑表面不平度的平均高度，mm;

△ 2 —軸瓦表面不平度的平均高度，mm;

Y1—軸徑在軸承中的撓度，mm;

Y2—軸徑偏移量，mm;

S—裕度，一般計(jì)算時(shí)取值S=1.5。

軸徑在軸承中的撓度Y1，因空心軸剛度大，可取Y1=0;軸徑偏移量Y2，一般主軸承為球面調(diào)心軸承，計(jì)算時(shí)取Y2=0。空心軸表面粗糙度取定于其加工精度，一般取△1=0.0064 mm，△2=0.0064 mm。

則[hmin]=1.5×（0.0064+0.0064）=0.0192 mm

而最小油膜厚度hmin按下式計(jì)算：

hmin= C（1— ε）

式中：C—軸承半徑間隙，ε—偏心率，動(dòng)壓潤(rùn)滑時(shí)ε=0.9～0.93;靜壓潤(rùn)滑時(shí)ε=0.7～0.8。

假定軸承半徑R=500mm，則軸承半徑間隙C=ψ*R=0.001×500=0.5mm，靜壓潤(rùn)滑時(shí)：hmin=0.5×（1—0.8）=0.10mm>[hmin]，滿足使用要求。

由上述可知，軸承半徑間隙，軸與軸承襯的加工精度，球面軸承調(diào)心的靈敏度等，對(duì)主軸承的穩(wěn)定運(yùn)行有直接影響。任何一項(xiàng)達(dá)不到要求，都將造成軸承化瓦事故的發(fā)生。

溫度對(duì)軸承的影響

磨機(jī)內(nèi)物料與氣流熱量的傳導(dǎo);潤(rùn)滑不良，冷卻水缺乏;加工制造質(zhì)量不佳等均可導(dǎo)致軸承襯表面溫度的升高。并通過(guò)兩種渠道傳送出去。一是將流過(guò)軸承間隙的油的溫度升高，二是通過(guò)熱傳導(dǎo)將軸和軸承及軸承座等升溫。無(wú)論哪種方面的受熱都對(duì)軸承帶來(lái)危害。

2 軸承襯失效形式

2.1 磨損

在通常情況下，潤(rùn)滑油的污染，外界粉塵的侵入，都會(huì)造成軸承合金的磨損。一旦軸瓦內(nèi)進(jìn)入固體顆粒，經(jīng)過(guò)磨損后的劃痕造成軸承內(nèi)潤(rùn)滑油泄壓，不能形成正常油膜，導(dǎo)致軸承溫度升高。只有將軸瓦進(jìn)行修復(fù)后，回油溫度才能恢復(fù)正常。

2.2 軸承襯熔化

由于潤(rùn)滑油不足，冷卻水缺乏等因素，造成軸承溫度升高，都可導(dǎo)致軸承襯熔化。某氧化鋁廠曾經(jīng)在磨機(jī)工作中，由于油泵進(jìn)口被雜物堵塞，油泵無(wú)法向軸承內(nèi)供油，致使軸承嚴(yán)重缺油，導(dǎo)致磨機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中中空軸與軸瓦產(chǎn)生金屬接觸，溫度升高導(dǎo)致軸承合金變軟，強(qiáng)度降低，脫離本體，進(jìn)而使軸承襯熔化。迫使磨機(jī)停運(yùn)檢修，造成停產(chǎn)損失。

軸承襯失效形式，往往是軟化與熔化相結(jié)合的結(jié)果。

3 應(yīng)對(duì)措施與解決方案

對(duì)磨機(jī)主軸承的管理，首要條件是加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，加強(qiáng)操作工的技術(shù)培訓(xùn)。采用管理與技術(shù)、維修與操作、行政手段與經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)懲相結(jié)合的辦法。確保磨機(jī)主軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（1）對(duì)磨機(jī)主軸承的潤(rùn)滑要嚴(yán)格執(zhí)行潤(rùn)滑管理的“五定”，定期對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行油質(zhì)化驗(yàn)，及時(shí)更換不合格潤(rùn)滑油。

（2）對(duì)潤(rùn)滑油站，主要檢查油泵和管路系統(tǒng)，濾油器、冷卻器要定期清洗，磨機(jī)主軸承發(fā)生事故，大都是由于供油系統(tǒng)故障或潤(rùn)滑油污染嚴(yán)重造成的。

（3）用軸承溫度檢測(cè)儀，隨時(shí)監(jiān)視油溫和瓦溫的變化。避免因溫度的升高造成主軸承的損壞。

（4）采用油壓控制連鎖系統(tǒng)，低于設(shè)定最低油壓值（3.0MPa）時(shí)，磨機(jī)電機(jī)跳停，防止因供油系統(tǒng)故障，造成主軸承化瓦事故的發(fā)生。

（5）采用粘度性能好的潤(rùn)滑油，減小因溫度的變化對(duì)潤(rùn)滑油性能的影響，保證主軸承運(yùn)行狀態(tài)良好。

（6）原料磨車(chē)間定期清掃，為磨機(jī)創(chuàng)造良好的運(yùn)行環(huán)境，磨機(jī)主軸承盡量遠(yuǎn)離灰塵及雜質(zhì)。可在磨機(jī)主軸承周?chē)O(shè)置防護(hù)罩。

通過(guò)以上措施的實(shí)施，對(duì)主軸承加強(qiáng)管理，對(duì)磨機(jī)操作工加強(qiáng)培訓(xùn)，嚴(yán)格要求，將會(huì)避免因主軸承失效而使磨機(jī)被迫停產(chǎn)。才能保證磨機(jī)的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高磨機(jī)產(chǎn)能。

參考文獻(xiàn)：

[1]液體動(dòng)靜壓軸承——原理、計(jì)算和實(shí)驗(yàn) ?張冠坤 ?鐘 洪 ? 編 著

科學(xué)普及出版社廣州分社出版發(fā)行 ?1988年4月第一版