淺析1200×1500顎式破碎機稀油集中潤滑站的技術改造

周桂祥

（大冶有色金屬集團控股有限公司銅山口銅礦機動能源科，湖北 黃石 435000）

大冶有色金屬有限責任公司銅山口銅礦年處理礦石132萬t左右，粗碎設備是原沈陽重型機器廠20世紀80年代制造生產的1200×1500簡擺顎式破碎機，其稀油潤滑站是自行設計制造的產品，供油可靠性較低，保護功能單一，油箱設計、潤滑油的過濾、單向閥的安裝位置及管道敷設等較不合理，有必要對稀油站進行系統考慮做技術升級改造的工作。

1 稀油集中潤滑站介紹

工作原理：工作時油液由齒輪泵從油箱吸出，經油濾器、單向閥、風冷卻器，分配閥被直接送到各軸承潤滑點。

潤滑油是在油泵作用下從油箱送到各潤滑點，又回到油箱。油可以循環使用，因此，可以供很多的潤滑油而損耗極少。由于供油充足，油還可以帶走熱量，冷卻效果較好。同時，可根據各軸承潤滑點的要求，通過調節安全閥來確定系統供油壓力。因此，稀油站廣泛應用于大型、重型、高速、精密和自動化的各種機械設備中。

稀油集中潤滑站有兩種循環形式，一種是通過潤滑泵直接將油箱中的油送到各潤滑部位，然后靠重力作用使油返回油箱中。這種系統較簡單，但當泵一旦出現故障時，就立即終止供油。另一種是采用高位油箱利用重力作用將油送到各潤滑部位，供油量通過調節閥控制。潤滑泵將油送到高位油箱，用油標觀察供油情況，不斷補充油量。這種循環系統在泵停止工作后，依靠高位油箱，潤滑不至于立即中斷。但高位油箱保持穩定油位較難控制。銅山口礦顎式破碎機的稀油站采用的是上述的第一種循環方式。

同時，主流的稀油潤滑站應具備潤滑、冷卻、過濾、報警、自控等功能。

2 原稀油潤滑站存在主要問題

（1）原潤滑站保護功能單一，僅依靠電接點壓力表提供壓力保護。無溫度、流量、液位、濾芯堵塞等關鍵參數保護。

（2）壓力、溫度、液位等關鍵參數只能就地人工測取或者估計，不能實現遠程實時監視，操作工人勞動強度較大。

（3）稀油集中潤滑站的油箱體積過小。油箱容量設計除了要考慮設備運轉時所必需儲存的油量外，還必須留有一定的預備裕度。同時為了將油中所含雜質和水分沉淀下來并消除泡沫，須讓循環油停留在油箱內一定時間（查設計手冊為20～60min）。油箱容積計算過程如下：

稀油集中潤滑系統油箱容量V1=4×Q泵t/3000（V油箱容積m3，Q泵額定流量L/min，t油停留在油箱內時間min）。

V1=4×63×20/3000=1.68m3（此處取停留時間20min）

原油箱長1.3m×寬0.85m×高0.8m=0.884m3，嚴重不符合要求。

（4）潤滑油無強制冷卻裝置，不能確保良好的潤滑效果。

（5）原潤滑站油泵及電機采用低位臥式安裝。泵吸油口與潤滑油箱間用鋼管硬連接。需更換的齒輪泵安裝尺寸因廠家不同而有所不同，安裝時，會對相關管路及附件的密封性能產生一定的負面影響。

3 改造主要思路

因原稀油站油箱容積過小，舊油箱利用價值不高，故決定拆除原供油系統，重新設計安裝新供油系統。改造工作關鍵點如下：

（1）新油箱尺寸：長1.8m×寬1.2m×高0.95m=2.05m3。

（2）齒輪泵及電機采用立式安裝的方式，安裝在油箱頂部，避免管路及附件的泄漏。

（3）潤滑油采用節流閥分配給各潤滑點，確保各潤滑點油量不過剩，不虧欠。

（4）潤滑油采用風冷卻器進行降溫，確保潤滑效果。

（5）增加流量、溫度、液位、濾芯堵塞等保護功能，并將相關電氣開關信號傳輸給后臺控制系統進行集中控制。

（6）供油管路中安裝過濾精度為60um的濾清器，以此延長軸瓦及潤滑油的使用壽命。同時，濾清器濾芯堵塞指示的壓力值設定為1.2bar，旁路閥壓力設定值1.5bar。

（7）油箱回油口處安裝帶磁棒的不銹鋼回油濾網，用來回收金屬屑。濾網孔徑0.65mm。

（8）回油管坡度保證在10%以上，盡可能短直，減少彎頭及水平高度的變化。采用橡膠油管，使油管均勻傾斜且盡可能繞過障礙物而不是越過以避免出現氣阻。

（9）油箱上表面安裝空氣過濾器（呼吸器）來平衡油箱內外氣壓平衡。

現重點介紹各軸承供油的節流閥流量值的設定及潤滑系統風冷卻器選型安裝的注意事項。

4 破碎機支承滑動軸承供油量大小的計算

滑動軸承按其承載能力形成的機理可分為三類：流體動壓滑動軸承、流體靜壓滑動軸承、流體動靜壓滑動軸承。銅山口礦破碎機支承的滑動軸承屬于流體動壓軸承。根據流體動壓滑動軸承相關參數來確定潤滑油量，即通過節流閥的流量，對稀油站潤滑系統相關參數的設定十分重要。相關參數收集及計算過程介紹如下：

（1）破碎機支承滑動軸承幾何參數：主軸承直徑D=470+0.120mm，寬度B=660mm，主軸φ=470-0.255-0.105mm。則寬徑比B=660mm/470mm≈1.4。軸承瓦材質：P6sn16-16-1.8。

（2）滑動軸承工況參數：偏心主軸轉速=135r/min。

求得軸頸滑動速度V=πdn=3.14×0.47×135/60≈3.32m/s。角速度ω=2πn/60=2×3.14×135/60=14.13rad/s。

（3）支承滑動軸承承受載荷情況，主要承受皮帶輪、飛輪、偏心軸、連桿等載荷，將其簡化后如示意圖1所示。

圖1 顎式破碎機支撐載荷示意圖

列方程式如下：Fa+Fb=G1+G2+G3

求得Fa=Fb=133.26kN

則 主 軸 承 平 均 壓 強Pm=F/BD=133.26×103/（0.47×0.66）≈0.43Mpa=43N/cm2。

（4）其他參數計算情況，由主軸頸滑動速度3.32m/s，主軸直徑d=470mm，根據機械設計手冊第三冊第21篇21～24頁表21.2-24，查得主軸與軸瓦平均相對間隙Ψm=1.32‰。

根據c=ΨmD/2進一步得出半徑間隙

現用潤滑油型號：46#機械油，進油油溫控制在40℃，工作有效油溫取50℃。從吳曉鈴主編《潤滑設計手冊》530頁附錄2齒輪油常用黏度等級的換算可知，50℃時該潤滑油運動黏度ηe=0.032Pa·s，或者ηe=（0.032/9.80665）×10-3=32.6×10-7N×S/cm2。

軸承載荷數F=PmΨm2/（ηen）=0.43×106×0.001322/（0.032×135/60）=10.41。

偏心率ε，根據機械設計手冊第三冊第21篇21～16頁21.2-3表查得ε=0.63。

軸承徑向承載能力系數Cp=2PmΨm2/ηe×ω

承載區端泄流量數qE1，根據機械設計手冊第三冊第21篇21～18頁21.2-8圖查得qE1=0.053。

承載區端泄流量qE1=qE1×Ψm×n×BD2

=0.053×0.00132×2.25×0.66×0.472=0.02×10-3m3/s。

軸承瓦供油槽長度la=0.7×660mm=462mm，查機械設計手冊。

供油槽寬度b=0.3D=0.3×470mm=141mm，查機械設計手冊。

修正參數A=1.188+1.582(la/B)-2.585(la/B)2+5.563(la/B)3=2.9369。

非承載區理論端泄流量數qE2,

末端進入軸承的潤滑油壓力選擇Ps=0.05MPa進行計算。

非承載區理論端泄流量：qE2= qE2Ψm3D3Ps/ηe

總 流 量：qE=qE1+qE2=0.020×10-3m3/s+0.37×10-3m3/s=0.39×10-3m3/s即23.4L/min。

通過上述計算，確定通過單個主軸承的潤滑流量應控制為23.4L/min。

校核最小油膜厚度是否符合設計要求。

計算最小油膜厚度h2=c×(1-ε)

根據機械設計手冊第三冊第21篇21～25頁21.2-5表查得最小油膜厚度極限值h2lim=11um，h2＞h2lim，故相關參數的選擇是合理的。

5 滑動軸承摩擦功耗的計算

由此來確定潤滑系統所需的冷卻當量功率，計算過程如下。

（1）摩擦數μ，根據上述參數及機械設計手冊第三冊第21篇21～20頁21.2-17圖查得μ=2.8。

（2）求得摩擦功耗Pμ=π×μ×F×Ψm×D×n

=3.14×2.8×133260×0.00132×0.47×(135/60)=1.64kW。

按照上述方法也可以求得連桿瓦的摩擦功耗。

6 稀油站風冷卻器選項及安裝注意事項

（1）應根據破碎機整個系統的摩擦功耗值及安全裕量，選擇大小合適的當量冷卻功率風冷卻器。

（2）風冷卻器一般是串聯在稀油站的進油管路中，會產生一定的油壓降。在調節系統壓力時，應根據風冷卻器的壓降性能曲線，查詢對應流量時的壓降值，從而確定系統壓力值。

（3）要注意風冷卻器的潤滑油流量通過能力與稀油站系統的供油能力進行匹配。

（4）在風冷卻器的旁路上需安裝安全閥。該安全閥可保護冷卻器不受油泵啟動時過高油壓影響，也可以分流過冷的潤滑油。過冷潤滑油會使冷卻器內部壓降上升，從而迫使安全閥打開。安全閥開啟設定值3bar。

（5）風冷卻器風扇啟?？梢愿鶕扑闄C滑動軸承的最高回油溫度來決定。根據實際的回油溫度情況決定是否需要對潤滑油進行冷卻，以提供合適的油溫，確保良好的潤滑效果。當回油溫度達到45℃時啟動風冷卻器，回油溫度低于35℃時關閉冷卻器。

（6）破碎機摩擦副產生的熱量一是由由潤滑油帶走。二是摩擦副自身向外界散熱。一般情況下，假設熱量均由潤滑油帶走，不考慮摩擦副自身向外界的散熱量，而是將這部分散熱量作為安全裕量來考慮。

（7）一般潤滑系統單向閥安裝在油泵出口及濾清器入口之間?？紤]到冷卻器內有較多潤滑油存在，在更換濾清器時潤滑油會回流，需要多增加一個閥門進行控制，增加了管路的壓降。因此，可考慮將單向閥安裝在濾清器出口及風冷卻器入口之間。

7 顎式破碎機特殊工況條件下稀油集中潤滑站的幾點思考

（1）1200×1500破碎機因啟動轉矩過大，因此，設計分三段啟動。即皮帶輪、皮帶輪+連桿、皮帶輪+連桿+飛輪三段按順序逐步啟動。啟動的時間及停止時飛輪等的慣性較大，停止時間也會較長。因此，主軸承會較長時間處于混合潤滑的狀態。為降低對主軸承的影響，稀油潤滑站油泵的啟動應先于主機啟動，油泵的停止應后于主機停止。

（2）在突然斷電情況下，稀油站油泵電機與主機電機同時失電，但顎式破碎機會因較大慣性還會繼續轉動一段時間或者破碎腔有礦石時帶負荷卡死。此時，軸承會處于一定程度的潤滑不良狀態，應盡量避免此種情況發生。同時，可考慮供油管道在敷設時安裝一段略高于軸承位置的油管來替代高位油箱，讓油管存油可以提供短時間的潤滑，從而降低對軸承的磨損。

（3）因破碎機稀油站保護參數較多，且保護功能失效后對主軸承的安全運行隱患巨大。因此，各項保護功能應定期進行空投實驗，確保各項保護功能靈敏有效。

（4）因破碎機回油的大部分裝置長時間都暴露于高粉塵的環境中，因此，潤滑油中不可避免地會混入較多非金屬固體顆粒，應定期清洗或者更換濾芯及清理油箱，確保潤滑油被污染程度不超標。

8 結語

2016年，銅山口礦對該破碎機除本體外其他系統進行了技術升級改造。包括對潤滑液壓系統進行了技術升級；對巴氏合金軸承瓦的冷卻方式根據現場實際情況進行了優化；對分段啟動的液壓摩擦式離合器進行了技術改造；淘汰了破碎機原繼電器的控制方式，對電氣控制系統進行了技術升級。實現了破碎機一鍵啟動及遠程監視控制等功能。改造后的破碎機運行至今有4年時間，從實際情況看，工人的操作更簡單、更準確、更高效，控制系統可靠性也增強了，潤滑不良事故也未再發生。老設備通過技術升級改造煥發了新活力，取得了較好的改造效果，獲得了不錯的生產效益及經濟效益。同時，技術人員通過查閱相關資料，反復計算和驗證，進一步加深了對各參數的理解。從理論和實踐兩個方面相互結合進行驗證，從而達到逐步提高解決問題的能力及專業素養的目的。