立磨選粉機(jī)主軸下軸承座固定裝置的設(shè)計與應(yīng)用

曾魯慶

（成都建筑材料工業(yè)設(shè)計院，四川 成都 610041）

立磨選粉機(jī)廣泛應(yīng)用于建材、化工、冶金、電廠、礦山等行業(yè)中，原理是通過離心作用，對磨輥磨細(xì)的粉料進(jìn)行選擇，細(xì)粉為成品能向上通過選粉機(jī)風(fēng)環(huán)進(jìn)入下階段的旋風(fēng)收塵器進(jìn)行收集，粗粉為次品向下通過灰斗返回立磨磨輥進(jìn)行再次研磨。其基本工作原理是離心作用原理，離心作用主要依賴旋轉(zhuǎn)的主軸及籠輪來實(shí)現(xiàn)的。

主軸是立磨選粉機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的核心部件，其支撐方式也是立磨選粉機(jī)設(shè)計的重要課題之一。因空間限制，傳統(tǒng)的選粉機(jī)主軸上下軸承座均設(shè)置于主軸上端部，即籠輪上部見圖1，將籠輪進(jìn)行懸掛安裝。這種設(shè)計存在著明顯缺陷，即主軸下端部容易發(fā)生擺動影響主軸對中性，主軸軸承受力性能不好造成軸承壽命的縮短，嚴(yán)重時造成主軸軸承的破壞失效。本文就新型下軸承座固定裝置見圖2的設(shè)計與應(yīng)用進(jìn)行介紹。

圖1 傳統(tǒng)的下軸承座固定方式

圖2 新型的下軸承座固定方式

1 傳統(tǒng)固定方式選擇原因

1.1 空間限制

立磨選粉機(jī)主軸下部空間位于選粉機(jī)殼體的腰部，屬于粉料流經(jīng)的主要渠道，因而空間寬敞，一般比立磨磨盤直徑還大，主軸下軸承座難于進(jìn)行設(shè)置。立磨選粉機(jī)主軸上部空間位于選粉機(jī)殼體的頸部，空間有較大收斂，便于對主軸下軸承座進(jìn)行固定。

1.2 粉塵量大

立磨選粉機(jī)主軸下部空間屬于粉料的主要通道，存在著大量粉塵的磨蝕和污染作用，同時還摻雜著立磨噴水裝置中噴出水分的影響，環(huán)境條件惡劣，對精密軸承部件的保護(hù)要求很高。立磨選粉機(jī)主軸上部空間不是粉料的主要通道，粉塵與水汽的磨蝕與污染情況較下部空間要好很多，對設(shè)備的保護(hù)要求稍低，精密的軸承部件受影響程度經(jīng)過評估處于可接受范圍，能通過一般設(shè)計進(jìn)行避免。

2 傳統(tǒng)固定方式的缺陷

2.1 對主軸不利

選粉機(jī)上下軸承均設(shè)置在主軸上端部，籠輪進(jìn)行懸掛安裝。這種方式造成主軸及籠輪懸空部分過長，受力狀態(tài)下，主軸撓度過大，穩(wěn)定性差，運(yùn)轉(zhuǎn)時容易產(chǎn)生擺動。長期運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，主軸將承受額外的不規(guī)則應(yīng)力，造成主軸變形，主軸變形更進(jìn)一步加大主軸擺動幅度，惡性循環(huán)的結(jié)果將最終造成主軸斷裂失效，產(chǎn)生不可挽回的損失。為了避免主軸斷裂失效，工廠將不定時停機(jī)對選粉機(jī)進(jìn)行檢修，這樣雖然避免了重大破壞的發(fā)生，但卻增加了人工耗費(fèi)和工廠停機(jī)損失。

2.2 對軸承不利

選粉機(jī)上下軸承均設(shè)置在主軸上端部，籠輪進(jìn)行懸掛安裝。這種方式使得主軸旋轉(zhuǎn)的下端部離固定支撐點(diǎn)較遠(yuǎn)，受力狀況不好，運(yùn)轉(zhuǎn)時主軸的對中性不好，將對上下軸承產(chǎn)生額外的徑向附加力。這種徑向附加力有時具有沖擊載荷性質(zhì)，有時數(shù)值還很大，長期作用下，少則縮短上下軸承的壽命，嚴(yán)重時會造成上下軸承破壞。

2.3 對轉(zhuǎn)動部件的靜平衡、動平衡不利

選粉機(jī)在制造安裝時，對轉(zhuǎn)動部件的靜平衡、動平衡要求很高，運(yùn)轉(zhuǎn)前必須完成選粉機(jī)主軸與籠輪的靜平衡與動平衡試驗(yàn)。選粉機(jī)上下軸承均設(shè)置在主軸上端部，籠輪進(jìn)行懸掛安裝。這種方式使得主軸及籠輪懸空部分過長，對轉(zhuǎn)動部件的靜平衡、動平衡將造成不利影響，為了達(dá)到相應(yīng)精度，將會增加選粉機(jī)轉(zhuǎn)動部件在制造安裝工作中的精度，無形增加了制造安裝成本。

圖3 新型的下軸承座固定裝置結(jié)構(gòu)圖

2.4 產(chǎn)生干涉

選粉機(jī)上下軸承均設(shè)置在主軸上端部，籠輪進(jìn)行懸掛安裝。這種方式造成主軸與籠輪的對中性不好，有偏斜產(chǎn)生，嚴(yán)重情況下會造成選粉機(jī)轉(zhuǎn)動部件與殼體部件特別是風(fēng)環(huán)在運(yùn)轉(zhuǎn)情況下的干涉，進(jìn)而造成對各部件的破壞。其實(shí)，在工程現(xiàn)場中我們也曾發(fā)現(xiàn)籠輪與風(fēng)環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)時起火花、發(fā)出異響聲音的情況，這種情況的發(fā)生固然與安裝工作有關(guān)，但從根本上講與選粉機(jī)下軸承座固定的設(shè)計方式也有一定關(guān)系。

2.5 對減震不利

立磨在工作時會產(chǎn)生各種不規(guī)則振動，選粉機(jī)籠輪在不完全對中時也會產(chǎn)生不規(guī)則振動，選粉機(jī)上下軸承均設(shè)置在主軸上端部的設(shè)計方式使得主軸及籠輪懸空長度過長，對振動的避免不利。

經(jīng)過多個項(xiàng)目的現(xiàn)場考察，可以發(fā)現(xiàn)采用傳統(tǒng)固定方式的選粉機(jī)主軸軸承在中控反應(yīng)出發(fā)熱量較大，溫度居高不下的情況。很多工程師認(rèn)為是軸承潤滑油沒有加到位而產(chǎn)生的問題，其實(shí)他們忽略了傳統(tǒng)固定方式對軸承產(chǎn)生的額外負(fù)載。

圖4 新型的下軸承座固定裝置俯視圖

表1 新型下軸承座固定裝置應(yīng)用

3 新型下軸承座固定裝置的結(jié)構(gòu)

新型主軸下軸承座固定裝置包括拉桿頭、左旋螺母、拉緊螺桿、螺母、拉桿、墊板、套環(huán)、法蘭、帶孔螺栓、彈性圓柱銷、蝶形彈簧組等見圖3。拉桿頭與下軸承座拉耳通過螺栓相連接，拉緊螺桿與拉桿頭、左旋螺母、拉桿、螺母通過螺紋相連接，左旋螺母、螺母在安裝完成后分別與拉桿頭、拉桿焊接，拉桿與墊板、套環(huán)、蝶形彈簧組、法蘭依次安裝好后，再與帶孔螺栓通過螺紋相連接并用彈性圓柱銷鎖死，蝶形彈簧組穿入套環(huán)中，法蘭通過螺栓連接固定在選粉機(jī)殼體上，蝶形彈簧組壓在法蘭與套環(huán)中間，此為一組固定裝置，本套裝置共四組，在下軸承座圓周方向上均勻分布見圖4。

拉緊螺桿與拉桿頭連接處均為左旋螺紋，與拉桿連接處均為右旋螺紋，通過擰緊、擰松拉緊螺桿來調(diào)整整個裝置長度，通過調(diào)整整個裝置長度來改變蝶形彈簧組受力狀態(tài)，通過改變蝶形彈簧組受力狀態(tài)來改變施加在下軸承座上的預(yù)應(yīng)力大小，通過施加在下軸承座上四個方向的預(yù)應(yīng)力對下軸承座進(jìn)行固定。新型主軸下軸承座固定裝置的三維模型圖見圖5。

圖5 新型的下軸承座固定裝置三維模型圖

4 新型下軸承座固定裝置的優(yōu)點(diǎn)

4.1 增加了轉(zhuǎn)動部件穩(wěn)定性

由于摒棄了選粉機(jī)主軸上、下軸承均設(shè)置在主軸上端部的設(shè)計而將選粉機(jī)上、下軸承各設(shè)置于主軸上端部和下端部，通過對選粉機(jī)主軸下軸承座施加4個方向相等的預(yù)應(yīng)力來實(shí)現(xiàn)對下軸承座的固定，使得選粉機(jī)籠輪不再懸掛安裝，改善了選粉機(jī)主軸整體受力狀態(tài)，避免了選粉機(jī)下部主軸及籠輪的擺動，提高了選粉機(jī)主軸的對中性，改善了選粉機(jī)主軸上、下軸承的受力狀態(tài)，提高了選粉機(jī)主軸上、下軸承使用壽命。

4.2 保護(hù)主軸

改善了主軸的受力狀態(tài)，減少了主軸在長期運(yùn)轉(zhuǎn)過程中受到的不規(guī)則載荷，提高了主軸安全系數(shù)與使用壽命，避免了主軸擺動造成的主軸斷裂失效。

4.3 有利于轉(zhuǎn)動

提高了主軸的對中性，有利于主軸和籠輪等轉(zhuǎn)動部件的靜平衡、動平衡試驗(yàn)，減少了主軸和籠輪制造安裝難度，有利于提高設(shè)備可靠性及降低成本。

4.4 避免了干涉

圖6 應(yīng)用中的新型下軸承座固定裝置

主軸在兩端進(jìn)行固定了，使得主軸及籠輪對中性明顯增加，避免了主軸偏斜不對中情況下造成的轉(zhuǎn)動部件與固定部件的干涉，保護(hù)了整個立磨設(shè)備。

4.5 有利于減震

引進(jìn)了蝶形彈簧組，主要目的是對下軸承座固定裝置施加均勻分布四個方向的預(yù)應(yīng)力，從而達(dá)到對下軸承座的固定。因?yàn)榈螐椈山M有對沖擊載荷的吸收作用，有利于減輕選粉機(jī)內(nèi)外部不規(guī)則振動對主軸的影響，對上下軸承有一定保護(hù)作用。

4.6 有利于防塵

該固定裝置的軸承座引入了迷宮密封、風(fēng)扇雙重保護(hù)，對粉塵氣流進(jìn)行阻隔，避免粉塵氣流進(jìn)行下軸承中，有效的保護(hù)了下軸承，克服了選粉機(jī)內(nèi)部粉塵彌漫的弊端。同時，因?yàn)榉蹓m氣流方向是向上流動的，在拉桿下部設(shè)置6+6耐磨堆焊鋼板的保護(hù)，屬于迎風(fēng)面保護(hù)，通過檢修時更換6+6耐磨堆焊鋼板而實(shí)現(xiàn)了對整個固定裝置的保護(hù)。

4.7 調(diào)節(jié)方便

由于采用了兩端螺紋旋向不同的拉緊螺桿，與其相配合的螺紋也相應(yīng)為左旋或右旋，通過直接擰緊、擰松各組拉緊螺桿實(shí)現(xiàn)對各組選粉機(jī)主軸下軸承座固定裝置長度的調(diào)節(jié)，從而調(diào)節(jié)各組蝶形彈簧受力狀態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)對選粉機(jī)主軸下軸承座預(yù)應(yīng)力的調(diào)節(jié)，這樣使得調(diào)節(jié)工作變得簡單容易，易于操作，方便設(shè)備的安裝與檢修。

5 新型下軸承座固定裝置的應(yīng)用

本設(shè)計已經(jīng)獲得專利授權(quán)，專利號為201720802880.3，成功應(yīng)用于多個項(xiàng)目見表1。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查反饋，該新型下軸承座固定裝置運(yùn)轉(zhuǎn)效果良好，使用簡便，易于維護(hù)，有效解決了傳統(tǒng)下軸承座固定裝置的多種弊端，提高了主軸及籠輪運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，減少了主軸上下軸承所承受的不規(guī)則載荷。據(jù)不完全統(tǒng)計，采用新型下軸承座固定裝置的選粉機(jī)，中控顯示選粉機(jī)最關(guān)鍵上軸承工作狀態(tài)溫度一般維持在30℃～50℃范圍，比傳統(tǒng)下軸承座固定裝置的上軸承工作溫度低5℃～10℃，效果明顯。圖6為應(yīng)用中的新型下軸承座固定裝置。