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專(zhuān)用滾動(dòng)軸承節(jié)能球磨機(jī)的研發(fā)
中國(guó)軸承網(wǎng) 發(fā)布時(shí)間:2009/03/16
生意社03月13日訊
分析了球磨機(jī)采用滑動(dòng)軸承存在摩擦阻力大的弊端。使用滾動(dòng)軸承代替滑動(dòng)軸承降低了磨機(jī)能耗，解決了大負(fù)荷下的軸承壽命、軸承密封等問(wèn)題，磨機(jī)配用電動(dòng)機(jī)功率可減少17～23％。
一、概述
球磨機(jī)廣泛應(yīng)用于冶金、建材、礦山、電力等行業(yè)，其優(yōu)點(diǎn)是堅(jiān)固、破碎比大、物料適應(yīng)性強(qiáng)。但球磨機(jī)能耗大，能量有效利用率僅有2％，且傳統(tǒng)球磨機(jī)維護(hù)繁雜，費(fèi)工費(fèi)時(shí)。傳統(tǒng)球磨機(jī)采用滑動(dòng)軸瓦，摩擦阻力大，摩擦功耗約占球磨機(jī)常規(guī)配用電動(dòng)機(jī)功率的17～23％，是傳統(tǒng)球磨機(jī)能耗搞的重要因素；如果改用滾動(dòng)軸承代替軸瓦，主軸承的摩擦功耗能降低90％，從而達(dá)到節(jié)能目的。70年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)業(yè)界一直探討滾動(dòng)軸承式球磨機(jī)，但由于軸承的制造、壽命及軸承密封等一些難題沒(méi)有突破，致使此項(xiàng)技術(shù)無(wú)法廣泛推廣應(yīng)用。
二、滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承擦力矩比較
1、滾動(dòng)軸承的摩擦力矩：
摩擦力矩是滾動(dòng)軸承的一項(xiàng)綜合的實(shí)用性能，它的產(chǎn)生是多種因素綜合使用的結(jié)果，其中有滾動(dòng)摩擦，也有滑動(dòng)摩擦；有固體間摩擦，也有潤(rùn)滑劑的粘性阻力。瑞典SKF公司plam gren（帕姆格林）通過(guò)大量的摩擦力矩測(cè)量結(jié)果，提出基于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的滾動(dòng)軸承的摩擦力矩計(jì)算方法如下：
M＝M0＋M1 （N.m）
M：摩擦力矩（N .m）
M0：與負(fù)荷無(wú)關(guān)的摩擦力矩（主要與軸承類(lèi)型、潤(rùn)滑劑的粘度和數(shù)量、軸承轉(zhuǎn)速有關(guān)，N.m）。
其中：f0：與軸承類(lèi)型和潤(rùn)滑有關(guān)的系數(shù)；
n：軸承轉(zhuǎn)速（r/min）；
v：在軸承工作溫度下潤(rùn)滑劑的運(yùn)動(dòng)粘度（mm2/s）；
M1：主要是彈性滯效和接觸表面差動(dòng)滑動(dòng)的摩擦損耗。
M1＝f1p1Dm
其中f1：與軸承類(lèi)型和負(fù)荷有關(guān)的系數(shù)；
P1：計(jì)算軸承摩擦力矩時(shí)軸承負(fù)荷（N）；
Dm：軸承品軍直徑（m） Dm＝0.5（d＋D）；
d、D：分別為軸承內(nèi)外滾道直徑。
節(jié)能磨機(jī)設(shè)計(jì)中采用雙列調(diào)心球面滾子軸承，由有關(guān)資料查得f0＝6，f1＝5×10－4，則：
M0＝160×10－7×10Dm＝9.6×10－5D3m（N•m）
M1＝5×10－4×P1×104×Dm＝5P1Dm（Nm）
所以：M＝M0＋M1
＝9.6×10－5D3m＋5P1Dm（N.m）
2、滑動(dòng)軸承摩擦力矩
普通球磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，軸頸與軸瓦得接觸面積最少達(dá)75％，摩擦力矩達(dá)，消耗能量大。根據(jù)力學(xué)與摩擦學(xué)分析，得出：
P1：軸承所受負(fù)荷（N）；
D：中空軸直徑（m）；
μ：摩擦系數(shù)。
中空軸與軸瓦間得潤(rùn)滑，屬于混合潤(rùn)滑。其間既有粘附、魔粒摩擦，也有疲勞摩擦。上市邊形得：
＝2.55×102P1D （N.m）
3、滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承摩擦力矩比：
因?yàn)镈=Dm ，所以
當(dāng)球磨機(jī)直徑1.5米＜φ＜4.5米時(shí)，中空軸直徑D＜2m，軸承負(fù)荷P1＞10t，即：P1＞10，D2＜10。上式前項(xiàng) （舍去）
上式后項(xiàng)
由理論分析已知，用滾動(dòng)軸承代替滑動(dòng)軸承后，磨機(jī)的摩擦力矩式普通磨機(jī)的2％。但考慮到制造、安裝、潤(rùn)滑等多種實(shí)際工況，取 .也即，主軸承使用滾動(dòng)軸承后，摩擦功耗比用滑動(dòng)軸瓦降低90％。
4、滑動(dòng)支承磨機(jī)摩擦功耗：
由前已知摩擦力矩T＝2.55×102P1D（N.m），中空軸軸頸與軸瓦的摩擦功耗為 ，則摩擦功即：
＝2.67×10P1Dn
n：磨機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。
5、兩種磨機(jī)匹配的電動(dòng)機(jī)功率比較
節(jié)能磨機(jī)和普通磨機(jī)所匹配的電動(dòng)機(jī)功率見(jiàn)表1：
三、技術(shù)難點(diǎn)的突破
1、專(zhuān)用滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)、制造球磨機(jī)的特點(diǎn)式低速、重載、體大，專(zhuān)用軸承既要由足夠的承載能力，又要可以調(diào)心，這樣才能滿(mǎn)足磨機(jī)動(dòng)、靜工況下的負(fù)荷，同時(shí)不成因兩端蓋不同心及運(yùn)行中產(chǎn)生的撓度。
采用ISO281、ISO76、ISO15及GB/T6391等標(biāo)準(zhǔn)，確定了專(zhuān)用軸承額定動(dòng)負(fù)荷、額定靜負(fù)荷、額定壽命的計(jì)算方法，嚴(yán)格規(guī)定了結(jié)構(gòu)型式、材質(zhì)、徑向游隙、熱處理、加工工藝、驗(yàn)收規(guī)范，與大型專(zhuān)業(yè)軸承廠家一起聯(lián)合攻關(guān)，終于解決了具有自調(diào)心功能的球磨機(jī)專(zhuān)用特大型滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)制造問(wèn)題。
① 專(zhuān)用調(diào)心滾子軸承徑向基本額定動(dòng)載荷：
（1） GB/T6391──1995
bm：與材料有關(guān)的系數(shù)；
計(jì)算用系數(shù)，可用 查表；
i：滾動(dòng)體列數(shù)；
α：接觸角；
Z：每列滾動(dòng)體個(gè)數(shù)；
Lwe：滾動(dòng)體有效接觸長(zhǎng)度；
Dwe：滾動(dòng)體有效直徑；
Dpw：滾動(dòng)體節(jié)圓直徑。
② 專(zhuān)用調(diào)心滾子軸承壽命計(jì)算：
基本額定壽命：
（2）GB/T6391──1995
Cr：徑向額定動(dòng)載荷；
Pr：徑向當(dāng)量動(dòng)載荷；（小時(shí)）
③ 專(zhuān)用軸承靜負(fù)荷校核公式：
So：安全系數(shù)；
Cor：徑向當(dāng)量靜負(fù)荷；
Por：額定基本靜負(fù)荷。
2、應(yīng)用舉例
舉例：JNM2736溢流磨，中空軸直徑（外徑）D=1000mm，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸承負(fù)荷170t，轉(zhuǎn)速n＝21.7r/min。
根據(jù)負(fù)荷與直徑，參照國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸承系列，該磨機(jī)設(shè)計(jì)為雙列調(diào)心球面滾子軸承S1000CAKF3/W33。軸承內(nèi)徑d1＝1000mm，軸承外徑d2＝1400mm，軸承寬B＝260mm，rmin＝7.5mm。
通過(guò)查表，計(jì)算得到需要的參數(shù)，將參數(shù)值帶入（1）：＝8385 （kN）
由（2）得：
＝154741（小時(shí)）＝17.7（年）
（365日/年）另，通過(guò)有關(guān)運(yùn)算，得：Cor＝25700KN＝2570（t）又因?yàn)镻or＝X.oFr＋YoFa，經(jīng)查有關(guān)手冊(cè)及計(jì)算：
Por1700+4.11×272≈2817.9（kN）
＝9.12
可見(jiàn)，該軸承得壽命長(zhǎng)，余度系數(shù)大。在正常工況下，工作10年沒(méi)有任何問(wèn)題。
本次選用軸承基本參數(shù)見(jiàn)表2：
3、“柔性”密封措施
為了保證可靠得密封效果，本技術(shù)采用了與常規(guī)方法完全不同得密封措施。密封對(duì)滾動(dòng)軸承來(lái)說(shuō)比滑動(dòng)軸承更重要。密封既要防止?jié)櫥瑒┑眯孤惨乐雇饨缬泻Ξ愇锏们秩牒朔蹓m進(jìn)入，否則會(huì)引起軸承滾道得磨粒磨損、降低軸承得使用壽命，還會(huì)造成軸承溫升，使軸承零件受到水分核有害氣體的銹蝕加速潤(rùn)滑劑老化。
礦山行業(yè)等粉末現(xiàn)場(chǎng)，環(huán)境差，粉塵、礦漿均可能進(jìn)入，這對(duì)滾動(dòng)軸承是十分不利的。比如鐵礦石的硬度是f＝12～16，軸承滾道的硬度HRC61，滾子硬度HRC62，因此，只要進(jìn)入礦石顆粒，就會(huì)引起嚴(yán)重的磨粒磨損。如果解決不好密封問(wèn)題，就會(huì)使軸承發(fā)生磨損，增加額外負(fù)荷，從而加劇磨損，造成磨損失效，大大降低軸承使用壽命，給生產(chǎn)帶來(lái)極大損失。
傳統(tǒng)密封方法是在出軸處壓工業(yè)毛氈，運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，氈墊與軸就不會(huì)緊密接觸，物料、粉塵、水汽便會(huì)進(jìn)入內(nèi)部。有的采用丁腈橡膠圈密封，但這種密封的接觸型式、貼合壓力、潤(rùn)滑狀態(tài)、滑動(dòng)速度以及接觸處的表面加工質(zhì)量等因素都會(huì)直接影響到軸承的摩擦力矩及溫升，密封裝置在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中都會(huì)發(fā)生磨損，其磨損合失效的程序與密封裝置本身性能及使用條件有關(guān)。磨損失效或老化后，更換困難，停機(jī)費(fèi)時(shí)。這種特大型軸承的丁腈橡膠密封裝置，批量少，專(zhuān)門(mén)制作，造價(jià)太高，因此這種密封裝置也不好。本技術(shù)采用密封脂密封。在軸承座兩側(cè)端蓋出軸處設(shè)計(jì)有密封環(huán)，密封環(huán)上內(nèi)、外設(shè)有油槽，另外設(shè)計(jì)密封套與密封環(huán)配合，油槽內(nèi)充滿(mǎn)密封脂，密封脂系“柔性”材料，任何情況下都能與軸很好地貼合。不會(huì)增加摩擦阻力，又經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單。使用效果十分理想。中空軸端到軸頸有一定地錐度，軸承發(fā)熱潤(rùn)滑油變稀外串，有利于軸承座內(nèi)部地清潔。
4、技術(shù)特點(diǎn)
① 用本技術(shù)可以制造新磨機(jī)，也可以對(duì)現(xiàn)有地球（棒）磨機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造。
② 技術(shù)改造時(shí)，不改變現(xiàn)磨機(jī)地傳動(dòng)部分合筒體部分，不用加工軸頸兩側(cè)的
軸肩，不動(dòng)軸承座底板，只更換新軸承座，增加密封件和滾動(dòng)軸承，軸承襯套。
③ 取消現(xiàn)磨機(jī)的稀油站。每季度打一次潤(rùn)滑脂，管理方便，現(xiàn)場(chǎng)干凈。
④ 正常工況，10年不用更換主軸承，日常無(wú)維修，節(jié)約了大量的人力物理，不會(huì)因檢修軸瓦而停機(jī)耽誤生產(chǎn)。
⑤ 技改后，節(jié)約電量10～15％，節(jié)約潤(rùn)滑油70％，綜合節(jié)能15％以上。
四、使用效果與存在的問(wèn)題的探討
（一）、使用效果
1. 首鋼大石河礦使用效果首鋼大石河鐵礦2系統(tǒng)1磨的MQ2736進(jìn)行了改造，已運(yùn)行4個(gè)多月了，基本技術(shù)參數(shù)如表3、表4、表5：
（二）存在問(wèn)題的探討
① 完善專(zhuān)用結(jié)構(gòu)、以更好地滿(mǎn)足單進(jìn)料勺地周期性振動(dòng)負(fù)荷對(duì)軸承的沖擊。
② 使用節(jié)能磨機(jī)多臺(tái)的企業(yè)設(shè)計(jì)中要考慮自動(dòng)加油機(jī)構(gòu)。
③ 增加軸承運(yùn)行自動(dòng)跟蹤檢測(cè)系統(tǒng)。
④ 制造、安裝精度要求比傳統(tǒng)磨機(jī)高。特別是兩端蓋的同心度，一定要限制在0.5mm以?xún)?nèi)；對(duì)軸承座的總想中心距、橫向平行度限制嚴(yán)格，誤差分別為1mm河1.5mm；兩軸承座中心高盡量保持同一水平。否則，會(huì)影響預(yù)期的節(jié)能效果。
五、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)首鋼礦業(yè)公司大石河鐵礦、本溪鋼鐵公司南芬礦、宣化鋼鐵公司龍**礦等冶金礦山企業(yè)磨機(jī)的節(jié)能技改，證明專(zhuān)用滾動(dòng)軸承球磨機(jī)節(jié)能技術(shù)已走向成熟。總結(jié)這些年技術(shù)改造過(guò)程中的利弊，對(duì)設(shè)計(jì)、制造、安裝提出了新的思路和方法，我們要盡快和本行業(yè)的同仁共同努力，積極改進(jìn)結(jié)構(gòu)上的不足，為冶金礦山粉磨領(lǐng)域的節(jié)能降耗做出一定的貢獻(xiàn)。
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