立磨選粉機主軸下軸承座固定裝置的設計與應用

曾魯慶

（成都建筑材料工業設計院，四川 成都 610041）

立磨選粉機廣泛應用于建材、化工、冶金、電廠、礦山等行業中，原理是通過離心作用，對磨輥磨細的粉料進行選擇，細粉為成品能向上通過選粉機風環進入下階段的旋風收塵器進行收集，粗粉為次品向下通過灰斗返回立磨磨輥進行再次研磨。其基本工作原理是離心作用原理，離心作用主要依賴旋轉的主軸及籠輪來實現的。

主軸是立磨選粉機旋轉驅動的核心部件，其支撐方式也是立磨選粉機設計的重要課題之一。因空間限制，傳統的選粉機主軸上下軸承座均設置于主軸上端部，即籠輪上部見圖1，將籠輪進行懸掛安裝。這種設計存在著明顯缺陷，即主軸下端部容易發生擺動影響主軸對中性，主軸軸承受力性能不好造成軸承壽命的縮短，嚴重時造成主軸軸承的破壞失效。本文就新型下軸承座固定裝置見圖2的設計與應用進行介紹。

圖1 傳統的下軸承座固定方式

圖2 新型的下軸承座固定方式

1 傳統固定方式選擇原因

1.1 空間限制

立磨選粉機主軸下部空間位于選粉機殼體的腰部，屬于粉料流經的主要渠道，因而空間寬敞，一般比立磨磨盤直徑還大，主軸下軸承座難于進行設置。立磨選粉機主軸上部空間位于選粉機殼體的頸部，空間有較大收斂，便于對主軸下軸承座進行固定。

1.2 粉塵量大

立磨選粉機主軸下部空間屬于粉料的主要通道，存在著大量粉塵的磨蝕和污染作用，同時還摻雜著立磨噴水裝置中噴出水分的影響，環境條件惡劣，對精密軸承部件的保護要求很高。立磨選粉機主軸上部空間不是粉料的主要通道，粉塵與水汽的磨蝕與污染情況較下部空間要好很多，對設備的保護要求稍低，精密的軸承部件受影響程度經過評估處于可接受范圍，能通過一般設計進行避免。

2 傳統固定方式的缺陷

2.1 對主軸不利

選粉機上下軸承均設置在主軸上端部，籠輪進行懸掛安裝。這種方式造成主軸及籠輪懸空部分過長，受力狀態下，主軸撓度過大，穩定性差，運轉時容易產生擺動。長期運轉過程中，主軸將承受額外的不規則應力，造成主軸變形，主軸變形更進一步加大主軸擺動幅度，惡性循環的結果將最終造成主軸斷裂失效，產生不可挽回的損失。為了避免主軸斷裂失效，工廠將不定時停機對選粉機進行檢修，這樣雖然避免了重大破壞的發生，但卻增加了人工耗費和工廠停機損失。

2.2 對軸承不利

選粉機上下軸承均設置在主軸上端部，籠輪進行懸掛安裝。這種方式使得主軸旋轉的下端部離固定支撐點較遠，受力狀況不好，運轉時主軸的對中性不好，將對上下軸承產生額外的徑向附加力。這種徑向附加力有時具有沖擊載荷性質，有時數值還很大，長期作用下，少則縮短上下軸承的壽命，嚴重時會造成上下軸承破壞。

2.3 對轉動部件的靜平衡、動平衡不利

選粉機在制造安裝時，對轉動部件的靜平衡、動平衡要求很高，運轉前必須完成選粉機主軸與籠輪的靜平衡與動平衡試驗。選粉機上下軸承均設置在主軸上端部，籠輪進行懸掛安裝。這種方式使得主軸及籠輪懸空部分過長，對轉動部件的靜平衡、動平衡將造成不利影響，為了達到相應精度，將會增加選粉機轉動部件在制造安裝工作中的精度，無形增加了制造安裝成本。

圖3 新型的下軸承座固定裝置結構圖

2.4 產生干涉

選粉機上下軸承均設置在主軸上端部，籠輪進行懸掛安裝。這種方式造成主軸與籠輪的對中性不好，有偏斜產生，嚴重情況下會造成選粉機轉動部件與殼體部件特別是風環在運轉情況下的干涉，進而造成對各部件的破壞。其實，在工程現場中我們也曾發現籠輪與風環運轉時起火花、發出異響聲音的情況，這種情況的發生固然與安裝工作有關，但從根本上講與選粉機下軸承座固定的設計方式也有一定關系。

2.5 對減震不利

立磨在工作時會產生各種不規則振動，選粉機籠輪在不完全對中時也會產生不規則振動，選粉機上下軸承均設置在主軸上端部的設計方式使得主軸及籠輪懸空長度過長，對振動的避免不利。

經過多個項目的現場考察，可以發現采用傳統固定方式的選粉機主軸軸承在中控反應出發熱量較大，溫度居高不下的情況。很多工程師認為是軸承潤滑油沒有加到位而產生的問題，其實他們忽略了傳統固定方式對軸承產生的額外負載。

圖4 新型的下軸承座固定裝置俯視圖

表1 新型下軸承座固定裝置應用

3 新型下軸承座固定裝置的結構

新型主軸下軸承座固定裝置包括拉桿頭、左旋螺母、拉緊螺桿、螺母、拉桿、墊板、套環、法蘭、帶孔螺栓、彈性圓柱銷、蝶形彈簧組等見圖3。拉桿頭與下軸承座拉耳通過螺栓相連接，拉緊螺桿與拉桿頭、左旋螺母、拉桿、螺母通過螺紋相連接，左旋螺母、螺母在安裝完成后分別與拉桿頭、拉桿焊接，拉桿與墊板、套環、蝶形彈簧組、法蘭依次安裝好后，再與帶孔螺栓通過螺紋相連接并用彈性圓柱銷鎖死，蝶形彈簧組穿入套環中，法蘭通過螺栓連接固定在選粉機殼體上，蝶形彈簧組壓在法蘭與套環中間，此為一組固定裝置，本套裝置共四組，在下軸承座圓周方向上均勻分布見圖4。

拉緊螺桿與拉桿頭連接處均為左旋螺紋，與拉桿連接處均為右旋螺紋，通過擰緊、擰松拉緊螺桿來調整整個裝置長度，通過調整整個裝置長度來改變蝶形彈簧組受力狀態，通過改變蝶形彈簧組受力狀態來改變施加在下軸承座上的預應力大小，通過施加在下軸承座上四個方向的預應力對下軸承座進行固定。新型主軸下軸承座固定裝置的三維模型圖見圖5。

圖5 新型的下軸承座固定裝置三維模型圖

4 新型下軸承座固定裝置的優點

4.1 增加了轉動部件穩定性

由于摒棄了選粉機主軸上、下軸承均設置在主軸上端部的設計而將選粉機上、下軸承各設置于主軸上端部和下端部，通過對選粉機主軸下軸承座施加4個方向相等的預應力來實現對下軸承座的固定，使得選粉機籠輪不再懸掛安裝，改善了選粉機主軸整體受力狀態，避免了選粉機下部主軸及籠輪的擺動，提高了選粉機主軸的對中性，改善了選粉機主軸上、下軸承的受力狀態，提高了選粉機主軸上、下軸承使用壽命。

4.2 保護主軸

改善了主軸的受力狀態，減少了主軸在長期運轉過程中受到的不規則載荷，提高了主軸安全系數與使用壽命，避免了主軸擺動造成的主軸斷裂失效。

4.3 有利于轉動

提高了主軸的對中性，有利于主軸和籠輪等轉動部件的靜平衡、動平衡試驗，減少了主軸和籠輪制造安裝難度，有利于提高設備可靠性及降低成本。

4.4 避免了干涉

圖6 應用中的新型下軸承座固定裝置

主軸在兩端進行固定了，使得主軸及籠輪對中性明顯增加，避免了主軸偏斜不對中情況下造成的轉動部件與固定部件的干涉，保護了整個立磨設備。

4.5 有利于減震

引進了蝶形彈簧組，主要目的是對下軸承座固定裝置施加均勻分布四個方向的預應力，從而達到對下軸承座的固定。因為蝶形彈簧組有對沖擊載荷的吸收作用，有利于減輕選粉機內外部不規則振動對主軸的影響，對上下軸承有一定保護作用。

4.6 有利于防塵

該固定裝置的軸承座引入了迷宮密封、風扇雙重保護，對粉塵氣流進行阻隔，避免粉塵氣流進行下軸承中，有效的保護了下軸承，克服了選粉機內部粉塵彌漫的弊端。同時，因為粉塵氣流方向是向上流動的，在拉桿下部設置6+6耐磨堆焊鋼板的保護，屬于迎風面保護，通過檢修時更換6+6耐磨堆焊鋼板而實現了對整個固定裝置的保護。

4.7 調節方便

由于采用了兩端螺紋旋向不同的拉緊螺桿，與其相配合的螺紋也相應為左旋或右旋，通過直接擰緊、擰松各組拉緊螺桿實現對各組選粉機主軸下軸承座固定裝置長度的調節，從而調節各組蝶形彈簧受力狀態，最終實現對選粉機主軸下軸承座預應力的調節，這樣使得調節工作變得簡單容易，易于操作，方便設備的安裝與檢修。

5 新型下軸承座固定裝置的應用

本設計已經獲得專利授權，專利號為201720802880.3，成功應用于多個項目見表1。據現場調查反饋，該新型下軸承座固定裝置運轉效果良好，使用簡便，易于維護，有效解決了傳統下軸承座固定裝置的多種弊端，提高了主軸及籠輪運轉穩定性，減少了主軸上下軸承所承受的不規則載荷。據不完全統計，采用新型下軸承座固定裝置的選粉機，中控顯示選粉機最關鍵上軸承工作狀態溫度一般維持在30℃～50℃范圍，比傳統下軸承座固定裝置的上軸承工作溫度低5℃～10℃，效果明顯。圖6為應用中的新型下軸承座固定裝置。