礦用磨機主軸承的對比分析及選用

磨機是一種典型的粉磨設備，在金屬、非金屬 選礦以及冶金、建材、化工和電力等行業的粉碎作業中得到了廣泛的應用。主軸承是礦用磨機的重要部件之一，不僅承受筒體、磨料和礦漿等產生的靜負荷，而且承受轉動過程中磨料拋、瀉所產生的動負荷，以及給料過程中的沖擊負荷，其量值往往達到數百噸。

目前礦用磨機的主軸承主要有動靜壓軸承、靜壓軸承和滑履軸承等，總的來說，這幾種軸承都屬于滑動軸承范疇，但各有特點。隨著工業技術的發展，對機器的性能以及環保節能等方面的要求也越來越高，在磨機的設計和運行中對主軸承的設計、使用和維護要求也大大提高；其次，隨著球磨機規格的增大，軸頸直徑也隨之增大，軸承系統需要能承受由更高負荷和更大軸頸共同產生的大軸頸變形。故選用合適的主軸承就顯得尤為重要。在總結幾種常用主軸承的基礎上，探討了不同類型主軸承的優缺點，闡述了主軸承的選用原則及方法。

1 礦用磨機主軸承的類型及特點

1.1動靜壓軸承

最初磨機規格較小時，基本上都是用此類主軸承。其工作原理是，磨機還沒運轉時，先啟動潤滑站的高壓泵，高壓油進入到主軸承的油腔中頂起中空軸，在軸承和中空軸之間形成一層油膜，當磨機筒體開始旋轉時，利用軸承的楔形油腔產生的動壓效應，在軸承和中空軸之間形成一層穩定的油膜，同時潤滑站的高壓系統停止供油，低壓系統向主軸承的頂部供 低壓油，低壓油灑在旋轉的中空軸上，對已經形成的油膜進行油量補充。動靜壓軸承的結構如圖1所示。

動靜壓軸承軸瓦上只有一個高壓油口，軸瓦表面覆蓋了一層巴氏合金，軸承在啟動之后，即正常工況下為動壓潤滑，由于軸承的平均比壓小于彈流潤滑理論的平均比壓(基數為107），而且軸承的轉速較低， 故屬于低速重載軸承潤滑理論。靜壓油腔在常工作時為封閉油腔，且面積較小，對動壓承載力影響較小，因此動壓軸承壓力計算時可以略去。

承載能力系數

式中：F為外載荷；ψ為相對間隙；η為潤滑油在軸承平均工作溫度下的動力黏度；D為軸承直徑；ω為中空軸角速度；B1為軸承寬度。

由式（1）可知，影響軸承的承載能力參數有潤滑油黏度、軸承直徑、軸承寬度、軸頸轉速、相對間隙以及軸承的結構。在軸承潤滑油、軸頸直徑和轉速確定的情況下，主要受到寬度和相對間隙的影響，特別是相對間隙，這也是設計的重點。

相對間隙有以下經驗公式

式中n為中空軸轉速。

由此可知，在磨機主體都確定的情況下，影響動靜壓軸承主要承載能力的因素只有軸承寬度。軸承越寬，其承載能力強，但增加軸承寬度，中空軸的寬度也相應增加了，這無疑增加了磨機的成本；所以軸承寬度不能增加太多，這就限制了動靜壓軸承的承載能力。由于在磨機運轉時不用再往軸承中供高壓油，所以對動靜壓軸承相配套的潤滑站的高壓系統要求相對較低，故潤滑站的成本要相對較低些。

1.2靜壓軸承

隨著磨機規格的不斷增大，動靜壓軸承已不能滿足磨機的發展要靜壓軸承。其工作原理是，在磨機運轉過程中液壓系統持續向軸承供高壓油,依靠高壓油使軸承和中空軸之間形成承裁油膜，使軸頸和軸承相對轉動時處于完全液體摩擦狀態: 摩擦因數很小，一般在0.000 1-0.0004之間，因此啟動力矩小,效率高。靜壓軸承的結構如圖2所示。

靜壓軸承的油膜不像動壓軸承的油膜那樣受到速度的限制，因此能在極低或極高的轉速下正常工作，油膜剛性大，具有良好的吸振性。由于靜壓軸承是依靠高壓油的壓力形成承載油膜，所以其承載能力越取決于液壓系統，對于液壓系統要求較高，因此和靜壓軸承相配套的液壓系統成本相對較高。

1.3 滑履軸承

隨著超大規格礦用磨機的出現，滑履磨機開始應用到礦用磨機中。礦用磨機使用的滑履軸承通常為四滑履結構，軸承表面采用巴氏合金，滑履（托瓦）下部凸球體為球面結構，能自動調整，允許磨機有一定變形和軸向伸縮，軸承表面不受損壞。軸承采用高壓強制潤滑，每個托瓦瓦面上有5個油腔，其中中間為主油腔，四周4個為副油控。磨機啟動前和運轉中一直供高壓油，高壓油經分流馬達進入托瓦主油腔，經節流器分流至副油腔進行調節，保證油膜厚度一致，為磨機運行提供不間斷的靜膜(> 0.1 mm), 磨機運行中高壓油路的壓力指示可以用來間接反映磨機負栽的情況。當磨機停止運轉時高壓油仍將軸頸浮起，軸頸在托瓦中逐漸停運，使瓦面不被擦傷。在磨機啟動之前。向凸球體球面供入高壓油。以便于球面自調心，磨機運轉約15min后停止此路高壓油。每個止推瓦塊的2個止推面上各有1個油槍，磨機啟動前和運轉中一直供高壓油。每個滑履下面有液壓調節機構，可調節滑履高度，單個滑履拆除不需要頂起磨機。油封外罩可以完全罩住磨機回轉部軸承表面，外罩設有檢修口、可活動檢查門，并用油脂密封，滑履軸承的結構如圖3所示。

圖3可以看出，整體軸承分解為數個單獨的滑履，支撐在球磨機通體的滑環上。大型球磨機采用這個結構，在縮短2個軸承的間距，改善筒體受力狀態，進出料口尺寸不受軸頸限制，但結構復雜，成本較高，同時其調試比較麻煩。

2 主軸承的對比分析及選用

主軸承的選用既要滿足磨機承載能力的要求，又要考慮成本。動靜壓主軸承由于受軸承寬度的限制，能力有限，但其相配套的潤滑站成本較低，故動靜壓軸承常用于中小磨機上；靜壓軸承承載能力高，運轉平穩，但由于對潤滑站的要求較高，導致潤滑站的成本提高，故靜壓軸承常用于大磨機上；滑履軸承結構復雜，本身的制造成本較高，且用于礦用磨機的實踐經驗較少，故通常只有在特大型磨機上才會選用滑履軸承。此外，從可靠性角度看，動靜壓軸承正常運轉時，依靠軸瓦和中空軸相對運轉形成的動態油膜承載負荷，油膜的厚度和質量與軸承本身的制造和安裝有很大關系，發生故障的概率相對高一些，可靠性低；靜壓軸承正常工作時，依靠高壓油將中空軸頂起，在瓦和軸之間形成一層高壓油膜，即使軸承的制造和安裝出現一些誤差，對高壓油膜的形成也不會產生太大影響，所以可靠性高一些；滑履軸承由于本身的結構特點，在實際安裝中，調節4個滑履塊的同步性非常困難，調整完正常運轉后也經常會出現不同步的現象，所以容易出現故障，可靠性低。3種主軸承的對比如表1所列。

3 結語

通過對3種不同的主軸承進行對比分析，總結了各自的優缺點，提出了主軸承的選用原則，并結合生產實際分析了這3種主軸承的適用情況，為礦用磨機主軸承的選用提供借鑒。

參考文獻

《礦山機械》第43卷2015年第四期 作者：馮靜霞，王曉兵，杜明凱，等