如何防止主軸承失效以提高磨機產能

孫若霖++鹿方++劉吉++胡曉赟

[摘 ?要]本文通過分析磨機主軸承失效的主要因素—載荷、主軸承襯的壓強、主軸承相對間隙、制造安裝質量、工作溫度等，闡述了因潤滑油粘度的變化對最小油膜厚度的影響進而使軸承襯磨損，導致溫度升高造成軸承襯熔化、軟化等失效形式。提出了加強主軸承的潤滑管理，選擇相適應的潤滑油，加強潤滑油站的維護，采用軸承溫度監測儀，油壓保護裝置，加強技術培訓等措施，避免發生事故，提高磨機產能。

[關鍵詞]軸承 ?粘度 ?失效 ?措施

中圖分類號：TD453 文獻標識碼：A 文章編號：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、結構和溫度等。

磨機力學載荷可分為：恒載、動載、軸向載荷。

恒載荷是磨機回轉部分的重量G1，其中包括筒體、空心軸、襯板和隔板倉的重量，邊緣傳動的大齒輪及附件重量，均可簡化為恒載，垂直作用于兩個主軸承上。

動載是由動態研磨體及物料回轉引起的動載荷G2。其中研磨體重量Gm。粉磨時，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、物料回轉引起的動載荷約為其重量的2%。

則：G2=1.14×1.02Gm

每個主軸承承受的總載荷G，是磨機的重量G1和其產生的動載荷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，由磨機轉速決定。

軸向載荷，產生軸向載荷有兩種原因，一是磨機膨脹引起的軸向載荷，二是開式齒輪安裝不正確，大小齒輪軸向磨出臺，都會產生軸向力。該力作用于入口主軸承，容易造成軸承襯側面磨損。軸向力在設計中有預防措施，只要精心安裝、加強維護、正確使用就可避免發生事故。

主軸承襯的壓強，是磨機主軸承的重要參數，一般用下式計算：

P = G /（B×D×sin（α/2））

式中：P—壓強，G—軸承載荷，B寬度，D—直徑，α—包角。

結構

磨機的主軸承為動靜壓軸承，這種軸承是在軸瓦中間開設一個靜壓油腔，并配備一套高壓油站。在磨機啟動前，先開高壓油泵，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散出去。當供入量與從油腔向外的泄露量相等時，便形成一個穩定的靜壓油膜，來承擔外載荷。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。磨機進入正常運轉，高壓油泵繼續供油，來維持磨機的正常油膜。為使磨機兩端的供油壓力保持平衡，最好將高壓油站設在磨機筒體下方靠近中央位置。對潤滑油站，要經常檢查油泵和管路系統是否正常，濾油器、冷卻器要定期清洗，保證管路系統暢通無阻。還要定期對潤滑油進行油質化驗，及時更換不合格潤滑油。磨機主軸承發生事故，大都是由于供油系統故障或潤滑油污染嚴重造成的，所以定期檢查不容忽視。

磨機主軸承的半徑間隙

由于磨機主軸承幾何尺寸大，載荷又重，變形及加工精度難以保證，相對間隙ψ都在0.001左右，則軸承的半徑間隙C=ψ*R。只有當C值在軸徑和軸瓦的配合尺寸給定的公差范圍內方能滿足要求。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，一般計算時取值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心軸承，計算時取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按下式計算：

hmin= C（1— ε）

式中：C—軸承半徑間隙，ε—偏心率，動壓潤滑時ε=0.9～0.93;靜壓潤滑時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，靜壓潤滑時：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，球面軸承調心的靈敏度等，對主軸承的穩定運行有直接影響。任何一項達不到要求，都將造成軸承化瓦事故的發生。

溫度對軸承的影響

磨機內物料與氣流熱量的傳導;潤滑不良，冷卻水缺乏;加工制造質量不佳等均可導致軸承襯表面溫度的升高。并通過兩種渠道傳送出去。一是將流過軸承間隙的油的溫度升高，二是通過熱傳導將軸和軸承及軸承座等升溫。無論哪種方面的受熱都對軸承帶來危害。

2 軸承襯失效形式

2.1 磨損

在通常情況下，潤滑油的污染，外界粉塵的侵入，都會造成軸承合金的磨損。一旦軸瓦內進入固體顆粒，經過磨損后的劃痕造成軸承內潤滑油泄壓，不能形成正常油膜，導致軸承溫度升高。只有將軸瓦進行修復后，回油溫度才能恢復正常。

2.2 軸承襯熔化

由于潤滑油不足，冷卻水缺乏等因素，造成軸承溫度升高，都可導致軸承襯熔化。某氧化鋁廠曾經在磨機工作中，由于油泵進口被雜物堵塞，油泵無法向軸承內供油，致使軸承嚴重缺油，導致磨機在運轉中中空軸與軸瓦產生金屬接觸，溫度升高導致軸承合金變軟，強度降低，脫離本體，進而使軸承襯熔化。迫使磨機停運檢修，造成停產損失。

軸承襯失效形式，往往是軟化與熔化相結合的結果。

3 應對措施與解決方案

對磨機主軸承的管理，首要條件是加強現場管理，加強操作工的技術培訓。采用管理與技術、維修與操作、行政手段與經濟獎懲相結合的辦法。確保磨機主軸承的正常運轉。

（1）對磨機主軸承的潤滑要嚴格執行潤滑管理的“五定”，定期對潤滑油進行油質化驗，及時更換不合格潤滑油。

（2）對潤滑油站，主要檢查油泵和管路系統，濾油器、冷卻器要定期清洗，磨機主軸承發生事故，大都是由于供油系統故障或潤滑油污染嚴重造成的。

（3）用軸承溫度檢測儀，隨時監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，低于設定最低油壓值（3.0MPa）時，磨機電機跳停，防止因供油系統故障，造成主軸承化瓦事故的發生。

（5）采用粘度性能好的潤滑油，減小因溫度的變化對潤滑油性能的影響，保證主軸承運行狀態良好。

（6）原料磨車間定期清掃，為磨機創造良好的運行環境，磨機主軸承盡量遠離灰塵及雜質。可在磨機主軸承周圍設置防護罩。

通過以上措施的實施，對主軸承加強管理，對磨機操作工加強培訓，嚴格要求，將會避免因主軸承失效而使磨機被迫停產。才能保證磨機的長期安全穩定運行，提高磨機產能。

參考文獻：

[1]液體動靜壓軸承——原理、計算和實驗 ?張冠坤 ?鐘 洪 ? 編 著

科學普及出版社廣州分社出版發行 ?1988年4月第一版