盾構(gòu)機車輪軸承的設(shè)計改進(jìn)

崔傳榮，駱桂斌，武廣富

(瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，遼寧 瓦房店 116300)

1 軸承工況特點

隨著我國軌道交通行業(yè)的高速發(fā)展，對盾構(gòu)機的壽命、可靠性及工作效率的要求也越來越高。盾構(gòu)機中車輪是重要部件，而車輪配用的軸承是其核心零件，因此車輪軸承的設(shè)計與應(yīng)用至關(guān)重要。某盾構(gòu)機車輪的設(shè)計承載能力為20 t，最大轉(zhuǎn)速為2 r/min，工作轉(zhuǎn)速為1.5 r/min，環(huán)境溫度在30°左右。每個車輪安裝2套軸承，工作時無沖擊載荷，采用脂潤滑，要求能夠免維護(hù)運行10 000 h，有一定的密封性。

2 原軸承缺點

盾構(gòu)機車輪軸承原選用雙面接觸式密封深溝球軸承，外形尺寸為Φ180 mm×Φ85 mm×41 mm，內(nèi)圈與軸過渡配合，外圈與外殼過盈配合，裝配圖如圖1所示，結(jié)構(gòu)如圖2所示。該軸承摩擦力矩小，密封性能好，適用于轉(zhuǎn)速相對較高的場合。但是深溝球軸承普遍存在著承載能力低的缺點，對于盾構(gòu)機車輪這種承載較大的場合，其承載能力明顯不足，因此，軸承在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)早期疲勞甚至碎裂的現(xiàn)象，無法正常運行,從而影響盾構(gòu)機的正常工作。

1—車輪； 2—軸承； 3—墊圈； 4—軸

3 軸承的設(shè)計改進(jìn)

針對該軸承使用工況，設(shè)計了一種雙面異式密封結(jié)構(gòu)的滿裝圓柱滾子軸承，如圖3所示。該結(jié)構(gòu)軸承最大的特點是承載能力較大，與原軸承的載荷對比見表1。為保證良好的密封性能，軸承采用了雙面異式密封結(jié)構(gòu)，內(nèi)圈帶單擋邊側(cè)與接觸式密封圈配合，另一側(cè)的平擋圈帶有非接觸式全封閉防塵彈簧擋圈。這種異式密封結(jié)構(gòu)新穎可靠，既保證了軸承的裝配，又能有效防止灰塵的侵入，同時還限制了滾子的軸向位移。

1—外圈；2—鋼球；3—密封組件；4—保持架；5—鉚釘；6—內(nèi)圈

表1 載荷對比

1—外圈；2—滾子；3—密封組件；4—內(nèi)圈；5—平擋圈；6—彈簧擋圈

4 改進(jìn)前、后軸承的計算壽命

車輪軸承的轉(zhuǎn)速為1.5 r/min，要求能夠免維護(hù)運行10 000 h，則原密封深溝球軸承的計算額定壽命為

式中：L10h為90%可靠性的疲勞壽命，h；Cr為徑向基本額定動載荷，kN(由于兩列軸承距離很近，按雙列軸承基本額定動載荷來計算壽命)；P為當(dāng)量動載荷，kN；n為轉(zhuǎn)速，n=1.5 r/min；a為疲勞壽命系數(shù)(綜合考慮材料及制造、潤滑和溫度條件后取經(jīng)驗值a=0.2)。經(jīng)計算得，Cr=220 kN，P=200 kN，L10h=2 960 h。

改進(jìn)后的雙面異式密封滿裝圓柱滾子軸承的計算額定壽命為

同上工況參數(shù)，得Cr=380 kN，P=200 kN，L10h=18 878 h

5 結(jié)束語

上述壽命是在綜合考慮了潤滑及工況條件下99%可靠性的壽命。改進(jìn)后的軸承很好地解決了使用中出現(xiàn)的問題，壽命得到較大提高，在盾構(gòu)機上使用效果良好。