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水泥粉磨輥壓機軸承使用壽命改善分析

首頁 > 新聞中心 > 技術資料    發布時間:2019/10/8 21:57:34 點擊量:

摘 要:在輥壓機設備中,軸承是核心的部件之一,它的使用壽命將會直接影響到整機設備的穩定性和可靠性。本文從輥壓機主軸承材料選用、熱處理工藝、軸承內部結構設計優化、相關部件結構設計、安裝及使用各個環節進行分析論證,改造后軸承實際使用效果良好,軸承壽命顯著提升,節約成本。

  關鍵詞:輥壓機軸承;結構設計;軸承材料;安裝
在水泥聯合粉磨系統中,輥壓機作用非常顯著。因為它的粉碎效率很高,使得系統電耗下降明顯。所以,很多水泥工廠對原有的水泥粉磨系統進行改造,主要通過增加輥壓機達到節能降耗的目的。新建的項目在設計時輥壓機是必不可少的,需要一次性配置到位。它的運行穩定性、可靠性是水泥企業高度關注的。
  在輥壓機設備中,軸承是非常核心的部件之一,它的使用壽命將會直接影響到整機設備的穩定性和可靠性。如何延長軸承的使用壽命,在設計、制作、安裝和使用方面,需要不斷的分析改進。
  1.軸承的使用現狀
  現階段,在國內的水泥粉磨輥壓機生產廠家中,主軸承選擇多數采用內圈帶錐度的調心滾子軸承,其內外圈不可分離,能夠承受較大的徑向力,也能承受一定的軸向力。這一點與國外輥壓機多采用多列圓柱滾子軸承(與鋼鐵軋機支承輥軸承結構相似)有明顯差異。總體來說,輥壓機主軸承結構采用調心滾子軸承相比多列圓柱滾子軸承而言,結構更簡單、制造更方便、成本更低,但根據在市場卜已知兩種軸承結構的平均使用壽命而言,多列圓柱滾子軸承比調心滾子軸承長約2-2.5倍左右,有較大差異。
  由于市場上采用調心滾子軸承結構的輥壓機更多,本文將主要對此進行分析。在我們調查過程中,曾有多家水泥企業采用調心滾子軸承的輥壓機,使用壽命不到1年或1~2年,軸承就發生點蝕、剝落,甚至出現滾動體和內外圈開裂問題。
  由于輥壓機零部件較重,軸承更換難度較大,且軸承本身價格較高,結果導致企業產生較大的經濟損失。某公司負責輥壓機設計的技術人員與新加坡新隆成NIS問題解決方案工廠一起,調查走訪多家水泥企業,對使用過程中異常損壞的軸承進行分析研究(使用時長不超過2年,注:輥壓機主軸承壽命設計超過5年),本文從輥壓機主軸承材料選用、熱處理工藝、軸承內部結構設計優化、相關部件結構設計、安裝及使用各個環節進行分析論證。
  2.問題分析及解決對策
  2.1軸承的疲勞剝落與斷裂
  滾動軸承的表面疲勞磨損常發生在軸承滾道面上。最大壓應力都發生在軸承零部件的接觸表面上,最大切應力則發生在離工作面表層內部一定深度處。滾動接觸時,在循環切應力影響下,裂紋容易從表層形成,并擴展到表面而使材料剝落,在零件表面形成麻點狀凹坑,造成疲勞磨損。若伴有滑動接觸,破壞的位置逐漸移近表面。
  由于材料組織不可能完全均勻,零件表面也不是完全平滑,材料有表面缺陷、夾雜物、孔隙、微裂紋和硬質點等原因,疲勞破壞的位置往往有所改變,裂紋有時從表面開始,有時從表層內開始。與表面連通的疲勞裂紋還會受到潤滑油的楔人作用,使其加速擴展。減少表面疲勞磨損的措施首先在于提高材料的純潔度,如限制非金屬夾雜物的含量,規定基體組織和碳化物的均勻性等。表面應盡量光潔,避免刀痕式磨痕。
  軸承制造時,不同的材料、不同的熱處理方式,也是影響接觸面疲勞的重要因素。
  2.2軸承材料和熱處理方式的選擇
  由于受到機械加工難度和熱處理難度的限制及制造成本方面的考量,軸承制造商在選擇材料時,一般會選擇易加工、成本相對比較低的材料(通常軸承廠家在客戶未指定材料的情況下采用GCrl5SiMn)。表1中列出了三種常用大型軸承的鋼材的沖擊韌度與斷裂韌度對比。
表1 三種軸承鋼的沖擊韌度與斷裂韌度的對比
  從表1對比可以看出,GCrl8Mo的沖擊韌度與斷裂韌度更好,更適合使用在大沖擊載荷下的工況。輥壓機的工作原理為高壓料層粉碎,即其在工作過程中,通過兩個擠壓輥對物料進行擠壓,因此,軸承要承受極重的工作載荷;同時,由于物料的不均勻,負荷具有沖擊性。因此,針對這樣的負荷性質,GCrl8Mo材質的軸承鋼比GCrl5SiMn材質的軸承鋼更適合應用在輥壓機主軸承材料上。
  2.3滾動體端部破損嚴重對策
  輥壓機在工作時,其工作輥之間的擠壓力由調心滾子軸承承受,而軸承通過滾動體將擠壓力由內圈傳遞到外圈。調心滾子軸承設計過程中,其滾動體曲率與滾道曲率的比值稱為密合度。特定密合度設計的軸承,隨著軸承所承受負荷的增加,滾子與滾道的接觸區域會逐漸增加;當負荷增加到一定值,接觸區域長度會達到滾子的整個有效長度;這時,如果負荷繼續增加,則滾動體邊緣將會出現應力集中,工作過程中這種情況一旦出現,滾動體邊緣將出現坍塌,也即是我們通常所說的滾動體塌邊。
  因此,根據軸承所應用的工況,需要充分考慮工作負荷條件與軸承密合度之間的合理選擇。為此,經過多次的實踐應用,我們根據輥壓機設計負荷選擇最合理的密合度優化方案。某型輥壓機軸承滾子接觸區域與接觸應力之間的關系見圖1。
  由圖1可知,當滾動體與滾道之間的密合度為0.98時,在設定工作負荷下,滾動體邊緣產生嚴重的應力集中,將導致軸承很快損壞;隨著密合度的降低,滾動體邊緣應力集中現象逐漸減少;當密合度達到0.965時,滾動體的邊緣應力集中現象消失。因此,考慮到輥壓機用主軸承在工作時承受極重負荷同時伴隨瞬間沖擊負荷條件下,必須確保滾動體與滾道之間密合度設計合理,以避免在滾動體邊緣及與滾道與之接觸區域產生過大的邊緣應力集中,導致滾動體破裂及滾道面的損壞。
  3.與軸承相關的部件設計技術分析
  3.1軸承座設計
  3.1.1軸承座內孔
  擠壓輥兩端各有一個軸承,在軸承布置時,一端固定,一端游動。一般將驅動端作為固定端,非驅動端作為自由端,以消除熱脹冷縮的影響。對于非驅動端軸承座內孔,有的設備廠家選用H7,但這不是最佳的選擇,其實選用G7更為合理,保證軸承外圈和軸承座內孔小間隙配合,而且內孔的圓柱度和粗糙度盡量高標準。這樣軸承在孔內才能真正的浮動,避免軸承產生較大的軸向力,防止軸承損壞。軸承外圈載荷性質屬于固定的局部載荷,且軸承本身重量較重,不會發生“跑外圓”現象。
  3.1.2軸承座
  由于輥壓機工況較為惡劣,軸承的密封效果至關重要,大部分設備廠家在軸承座兩端只設計了一道徑向密封,當擠壓輥兩端的軸承座偏擺較大時,在水平方向上軸承座的徑向密封一側過度擠壓,另外一側會產生間隙,粉塵會進入到軸承內部,導致軸承發生不正常磨損,出現點蝕、剝落現象。所以單純的徑向密封結構設計是不合理的,需要考慮兩個及以上的密封結構,比如:采用徑向密封、迷宮密封和油脂三重密封,無論在什么樣的工況下,現場的粉塵都不會逃逸到軸承的內部,確保軸承的運行環境良好,從而延長軸承的使用壽命。
  3.1.3軸承座冷卻
  不同的設備廠家,軸承冷卻水道的結構不盡相同,有圓形鉆孔的,有矩形車削的,有環向循環冷卻的,有軸向循環冷卻的。但不能是哪種結構,都必須要考慮冷卻面積要足夠。從這個角度來講,環向矩形車削結構的更合理,而且加工可操作性也比較高。只有軸承的冷卻效果好,才能保證軸承正常運轉,軸承的使用壽命才能延長。
3.2軸承安裝技術分析及維護保養
  軸承的使用壽命與軸承的工作游隙有著直接的關系,而軸承的工作游隙是由安裝游隙保證的。安裝游隙的大小與檢測可根據軸承手冊或者軸承廠家的指導進行控制。對于內孔圓錐形軸承,主要通過軸向移動距離來調節,然后通過壓環將軸承小徑一側的內圈進行固定。特別強調的是,軸承內圈一般是通過螺栓緊固的,如果安裝質量不高,就會出現螺栓松動,造成軸承的工作游隙變大,導致參與工作的滾動體數量變少,甚至出現滾動體與內外圈滾動摩擦變為滑動摩擦,嚴重破壞了軸承的正常工作狀態,結果可想而知。所以,如何做好螺栓的防松至關重要,可采用螺紋鎖固膠,但今后檢拆卸比較困難,最好采用機械防松的方式安全可靠。只有軸承的游隙穩定可靠,軸承的使用壽命才能保證。
  由于軸承載荷較大,應根據設備廠家的要求,選用極壓性能較好的油脂。油脂的加入量要適當,太少了潤滑效果得不到保證,太多了軸承散熱效果差,都會影響軸承的使用壽命,一般控制在軸承有效空間的80%左右較為合適。同時,在設備工作時,應定期監測軸承的溫度,一般不超過80℃。如果溫度較高,需要及時排查,檢查冷卻水的溫度和流量是否正常,軸承的工作游隙是否正常,以及是否進入粉塵等異物。只有故障排除了,方可正常開機,否則會加劇軸承的損壞。
  4.結語
  輥壓機對水泥粉磨系統的節能降耗發揮著重要的作用,如何延長輥壓機軸承的使用壽命,對于水泥企業來說具有重要的意義。但軸承的使用壽命與設計、加工、安裝和使用等環節都有著密切的關系,每個環節都要技術分析到位,而且嚴格的按要求實施到位,軸承的使用壽命才能延長,企業的經濟效益才能得到充分的發揮。
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