在水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)中，輥壓機作用非常顯著。因為它的粉碎效率很高，使得系統(tǒng)電耗下降明顯。所以，很多水泥工廠對原有的水泥粉磨系統(tǒng)進行改造，主要通過增加輥壓機達到節(jié)能降耗的目的。新建的項目在設(shè)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(wěn)定性、可靠性是水泥企業(yè)高度關(guān)注的。

在輥壓機設(shè)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(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。如何延長軸承的使用壽命，在設(shè)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(xiàn)狀

現(xiàn)階段，在國內(nèi)的水泥粉磨輥壓機生產(chǎn)廠家中，主軸承選擇多數(shù)采用內(nèi)圈帶錐度的調(diào)心滾子軸承，其內(nèi)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(jié)構(gòu)相似)有明顯差異。總體來說，輥壓機主軸承結(jié)構(gòu)采用調(diào)心滾子軸承相比多列圓柱滾子軸承而言，結(jié)構(gòu)更簡單、制造更方便、成本更低，但根據(jù)在市場卜已知兩種軸承結(jié)構(gòu)的平均使用壽命而言，多列圓柱滾子軸承比調(diào)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(diào)心滾子軸承結(jié)構(gòu)的輥壓機更多，本文將主要對此進行分析。在我們調(diào)查過程中，曾有多家水泥企業(yè)采用調(diào)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(fā)生點蝕、剝落，甚至出現(xiàn)滾動體和內(nèi)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(jié)果導(dǎo)致企業(yè)產(chǎn)生較大的經(jīng)濟損失。某公司負責(zé)輥壓機設(shè)計的技術(shù)人員與新加坡新隆成NIS問題解決方案工廠一起，調(diào)查走訪多家水泥企業(yè)，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(shè)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(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、相關(guān)部件結(jié)構(gòu)設(shè)計、安裝及使用各個環(huán)節(jié)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(fā)生在軸承滾道面上。最大壓應(yīng)力都發(fā)生在軸承零部件的接觸表面上，最大切應(yīng)力則發(fā)生在離工作面表層內(nèi)部一定深度處。滾動接觸時，在循環(huán)切應(yīng)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(zhì)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(nèi)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(guī)定基體組織和碳化物的均勻性等。表面應(yīng)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。

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(zhì)，GCrl8Mo材質(zhì)的軸承鋼比GCrl5SiMn材質(zhì)的軸承鋼更適合應(yīng)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(diào)心滾子軸承承受，而軸承通過滾動體將擠壓力由內(nèi)圈傳遞到外圈。調(diào)心滾子軸承設(shè)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(shè)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(qū)域會逐漸增加；當負荷增加到一定值，接觸區(qū)域長度會達到滾子的整個有效長度；這時，如果負荷繼續(xù)增加，則滾動體邊緣將會出現(xiàn)應(yīng)力集中，工作過程中這種情況一旦出現(xiàn)，滾動體邊緣將出現(xiàn)坍塌，也即是我們通常所說的滾動體塌邊。

因此，根據(jù)軸承所應(yīng)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(jīng)過多次的實踐應(yīng)用，我們根據(jù)輥壓機設(shè)計負荷選擇最合理的密合度優(yōu)化方案。某型輥壓機軸承滾子接觸區(qū)域與接觸應(yīng)力之間的關(guān)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(shè)定工作負荷下，滾動體邊緣產(chǎn)生嚴重的應(yīng)力集中，將導(dǎo)致軸承很快損壞；隨著密合度的降低，滾動體邊緣應(yīng)力集中現(xiàn)象逐漸減少；當密合度達到0.965時，滾動體的邊緣應(yīng)力集中現(xiàn)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(shè)計合理，以避免在滾動體邊緣及與滾道與之接觸區(qū)域產(chǎn)生過大的邊緣應(yīng)力集中，導(dǎo)致滾動體破裂及滾道面的損壞。

3.與軸承相關(guān)的部件設(shè)計技術(shù)分析

3.1軸承座設(shè)計

3.1.1軸承座內(nèi)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(qū)動端作為固定端，非驅(qū)動端作為自由端，以消除熱脹冷縮的影響。對于非驅(qū)動端軸承座內(nèi)孔，有的設(shè)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(nèi)孑L小間隙配合，而且內(nèi)孔的圓柱度和粗糙度盡量高標準。這樣軸承在孔內(nèi)才能真正的浮動，避免軸承產(chǎn)生較大的軸向力，防止軸承損壞。軸承外圈載荷性質(zhì)屬于固定的局部載荷，且軸承本身重量較重，不會發(fā)生“跑外圓”現(xiàn)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(guān)重要，大部分設(shè)備廠家在軸承座兩端只設(shè)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(cè)過度擠壓，另外一側(cè)會產(chǎn)生間隙，粉塵會進入到軸承內(nèi)部，導(dǎo)致軸承發(fā)生不正常磨損，出現(xiàn)點蝕、剝落現(xiàn)象。所以單純的徑向密封結(jié)構(gòu)設(shè)計是不合理的，需要考慮兩個及以上的密封結(jié)構(gòu)，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(xiàn)場的粉塵都不會逃逸到軸承的內(nèi)部，確保軸承的運行環(huán)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(shè)備廠家，軸承冷卻水道的結(jié)構(gòu)不盡相同，有圓形鉆孔的，有矩形車削的，有環(huán)向循環(huán)冷卻的，有軸向循環(huán)冷卻的。但不能是哪種結(jié)構(gòu)，都必須要考慮冷卻面積要足夠。從這個角度來講，環(huán)向矩形車削結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)，軸承的使用壽命才能延長。

3.2軸承安裝技術(shù)分析及維護保養(yǎng)

軸承的使用壽命與軸承的工作游隙有著直接的關(guān)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(jù)軸承手冊或者軸承廠家的指導(dǎo)進行控制。對于內(nèi)孔圓錐形軸承，主要通過軸向移動距離來調(diào)節(jié)，然后通過壓環(huán)將軸承小徑一側(cè)的內(nèi)圈進行固定。特別強調(diào)的是，軸承內(nèi)圈一般是通過螺栓緊固的，如果安裝質(zhì)量不高，就會出現(xiàn)螺栓松動，造成軸承的工作游隙變大，導(dǎo)致參與工作的滾動體數(shù)量變少，甚至出現(xiàn)滾動體與內(nèi)外圈滾動摩擦變?yōu)榛瑒幽Σ粒瑖乐仄茐牧溯S承的正常工作狀態(tài)，結(jié)果可想而知。所以，如何做好螺栓的防松至關(guān)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(wěn)定可靠，軸承的使用壽命才能保證。

由于軸承載荷較大，應(yīng)根據(jù)設(shè)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(shè)備工作時，應(yīng)定期監(jiān)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(jié)語

輥壓機對水泥粉磨系統(tǒng)的節(jié)能降耗發(fā)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(yè)來說具有重要的意義。但軸承的使用壽命與設(shè)計、加工、安裝和使用等環(huán)節(jié)都有著密切的關(guān)系，每個環(huán)節(jié)都要技術(shù)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(yè)的經(jīng)濟效益才能得到充分的發(fā)揮。

來源：《安徽海螺川崎裝備制造有限公司》

作者：潘胡江

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