可傾瓦軸承間隙精確測量工具設(shè)計(jì)

余永增，楊 巍，孫靖哲

（1.中國石油蘭州石化公司設(shè)備維修公司，甘肅蘭州730060；2.天華化工機(jī)械及自動化研究設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅蘭州730060）

隨著旋轉(zhuǎn)機(jī)械日益向高速度、大功率方向發(fā)展，具有高穩(wěn)定性的可傾瓦軸承應(yīng)用越來越廣泛。但軸承工作過程中由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、負(fù)載及自身重量等因素，可傾瓦軸承在側(cè)、徑向受力較大，設(shè)備長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會產(chǎn)生轉(zhuǎn)子與軸承的干摩擦等不當(dāng)工作狀態(tài)，造成可傾瓦軸承的瓦片磨損，磨損量不斷增大時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動就會偏離轉(zhuǎn)動中心軸，造成造成設(shè)備振動和損壞事故。合理的軸承間隙，是保證機(jī)組安全正常運(yùn)行的重要措施， 因而準(zhǔn)確地測量軸承間隙，是機(jī)組檢修的重要內(nèi)容。

機(jī)組檢修時(shí)軸承間隙可以由壓鉛絲法或抬軸法測得，這2 種方法均能真實(shí)反映橢圓瓦，圓瓦的軸承間隙。而對可傾瓦軸承由壓鉛絲法、抬軸法和測量瓦塊厚度綜合計(jì)算法測得，誤差較大，檢修中只能反復(fù)測量，取平均值；而有些軸承間隙用傳統(tǒng)方法很難測量，給檢修帶來不便，僅能保守更換軸瓦，造成人力財(cái)力浪費(fèi)，因此在實(shí)際檢修中迫切需要一種可傾瓦軸承間隙精確測量的專用工具。

1 可傾瓦軸承現(xiàn)有測量方法及分析

1.1 現(xiàn)有測量方法分析

實(shí)際檢修時(shí)可傾瓦軸承間隙測量方法主要有塞規(guī)測量法、壓鉛絲法、抬軸法、測量計(jì)算法等，測量精度依次增加。塞規(guī)及壓鉛絲法可操作性不強(qiáng)，測量誤差太大；抬軸法被廣泛使用，但實(shí)際測量的間隙偏大于實(shí)際間隙，而且需要借助吊裝設(shè)備，操作不當(dāng)易損壞軸承。測量計(jì)算法是用千分尺分別測量軸頸、可傾瓦塊及軸承體內(nèi)孔，通過計(jì)算間接得出軸瓦間隙。即把可傾瓦從瓦殼內(nèi)取出，先使用內(nèi)徑千分尺按上下、左右分別測不同方向孔徑數(shù)值；用外徑千分尺測量幾個(gè)瓦塊的厚度和軸頸直徑。根據(jù)測得各個(gè)部位尺寸計(jì)算出軸承間隙為：間隙S=D（瓦殼內(nèi)孔徑）-2h（瓦塊厚度或平均值）-d（軸頸直徑）。測量計(jì)算法測得的間隙值較準(zhǔn)確，但測量過程繁瑣，容易產(chǎn)生人為誤差，效率不高，難以滿足煉化設(shè)備的檢修需求。

1.2 可傾瓦軸承結(jié)構(gòu)測量分析

可傾瓦軸承通常由3～5塊或更多塊呈弧形的巴氏合金塊組成。每個(gè)瓦塊工作時(shí)，可隨轉(zhuǎn)子的載荷的變化而自由擺動，在軸頸周圍形成多油契。每塊瓦背弧與軸承座內(nèi)徑為線接觸，可自行調(diào)整。每個(gè)瓦塊作用到軸頸上的油膜力總是趨向軸頸中心，因而消除了導(dǎo)致軸頸渦動的力源，所以可傾瓦有良好的減振性?？蓛A瓦具有較大承載能力，低功耗且能夠承受各個(gè)方向的徑向載荷。因此，可傾瓦軸承還具有結(jié)構(gòu)簡單、檢修方便、瓦塊互換性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，為現(xiàn)代大功率、高轉(zhuǎn)速機(jī)械所采用。

滑動軸承工作時(shí)由于軸頸與軸瓦的接觸會產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致表面發(fā)熱、磨損，甚至“抱死”。其磨損的形式包含瓦面腐蝕、軸頸表面腐蝕、軸頸表面拉傷、瓦背微動磨損、軸承表面拉傷、瓦面剝落和軸承燒瓦?？蓛A瓦軸承出現(xiàn)的主要缺陷有：瓦塊巴氏合金磨損嚴(yán)重、調(diào)整墊片或球面銷磨損嚴(yán)重及軸承墊鐵接觸不良等狀況［1]。但無論哪一種磨損，其最終都體現(xiàn)在軸承和軸頸之間間隙的變化。

檢修中，因瓦塊的可活動性和可傾瓦圓周的不連續(xù)性，其與主軸裝配間隙難以測量。要達(dá)到精確測量，必須借助假軸使瓦塊全部撐開，使瓦塊回歸原工作位置。進(jìn)而由各瓦塊圓弧形成的輪廓確定其內(nèi)徑的真實(shí)大小，間接計(jì)算出裝配間隙［2]。

2 可傾瓦軸承間隙精確測量系統(tǒng)

2.1 可傾瓦軸承間隙測量模型

由于可傾瓦軸承的特殊結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確測量的前提是必須要對每片瓦進(jìn)行定位，避免測量對象傾斜帶來的測量誤差，建立測量模型見圖1。

圖1 間隙測量模型

（1）確定基圓直徑D。先固定瓦塊位置，因3點(diǎn)可確定1 個(gè)平面，先確保瓦塊3 點(diǎn)支撐，通過位移傳感器把3 點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，描繪出3 點(diǎn)所確定的基圓，通過軟件計(jì)算出基圓直徑D。

（2）測量其余自由瓦塊與基圓間隙Si。等3點(diǎn)定位后，剩余2 個(gè)點(diǎn)隨之張開，通過傳感器測量及數(shù)據(jù)處理，可測得2點(diǎn)與基圓的間隙Si。

（3）測量軸徑尺寸d。用外徑千分尺測量主軸軸頸尺寸，可多測量幾次求平均值d。

（4）間隙計(jì)算

通過單片機(jī)數(shù)據(jù)處理，分別計(jì)算每片瓦與軸的間隙，計(jì)算公式為：△i=D/2+Si-d/2。

2.2 可傾瓦軸承規(guī)格

對某煉油廠重催裝置關(guān)鍵機(jī)組可傾瓦軸承規(guī)格進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，依據(jù)軸瓦規(guī)格，確定專用工具量程為80～300 mm?；鶊A測量工具采用事先預(yù)制的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)進(jìn)行標(biāo)定，瓦塊磨損間隙采用量程為2 mm 的電渦流傳感器進(jìn)行測量。為便于使用，將根據(jù)需要制作不同規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)可傾瓦有4塊和5塊2種形式，所以要對專用工具的撐開裝置分別設(shè)計(jì)［3]。

3 可傾瓦間隙精確測量結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)械部分

機(jī)械部分在設(shè)計(jì)中引入氣動活塞及配套機(jī)械滑塊移動原理，使軸向滑動轉(zhuǎn)換為測量撐開機(jī)構(gòu)的徑向運(yùn)動。因此，在零件公差和定位基準(zhǔn)等方面需滿足高精度測量的需要，機(jī)械部分主要由可傾瓦基圓定心機(jī)構(gòu)、漲緊機(jī)構(gòu)、回縮機(jī)構(gòu)和測量機(jī)構(gòu)四部分組成［4]，見圖2。

（1）定心機(jī)構(gòu) 氣缸推動定位盤移動，帶動圓周方向上均勻分布的楔塊、水平滑塊、豎直滑塊和頂塊沿徑向均勻張開，直到頂塊與軸瓦接觸，當(dāng)至少3塊頂塊定位后，即可以將整個(gè)測量系統(tǒng)穩(wěn)定的安裝在被測量軸承內(nèi)。

（2）漲緊機(jī)構(gòu) 當(dāng)3 片以上的頂塊在軸瓦內(nèi)部定位后，小氣缸同時(shí)推動5 個(gè)活塞向前運(yùn)動，水平滑塊同時(shí)受力，但是向前運(yùn)動的僅是已磨損的瓦塊，其間隙相應(yīng)較大。

（3）回縮機(jī)構(gòu) 測量結(jié)束后，大氣缸前氣室進(jìn)氣，活塞后退，通過拉桿、退出托盤帶動水平滑塊向后運(yùn)動，楔塊機(jī)構(gòu)自動解鎖，豎直滑塊在彈簧作用力下向芯軸回縮。

（4）測量機(jī)構(gòu) 測量機(jī)構(gòu)采用整體定位，所有沿徑向運(yùn)動的零件始終同步，且豎直滑塊和頂塊的位移相等，后蓋上的電渦流傳感器通過檢測豎直滑塊的位移，確定每個(gè)瓦片的實(shí)際磨損量。

圖2 測量系統(tǒng)機(jī)械部分

3.2 氣動控制部分

可傾瓦測量儀氣動控制回路由空氣壓縮機(jī)、壓力調(diào)節(jié)閥、壓力表、電磁閥、大氣缸和5個(gè)小氣缸組成。測量過程中氣壓應(yīng)保證在0.5～0.6 MPa。采用氣動快速插頭實(shí)現(xiàn)氣路快速連接。

3.3 數(shù)采及處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由傳感器、變送器、采集卡組成。采集系統(tǒng)要求抗干擾能力強(qiáng)、A/D 轉(zhuǎn)換精度高、幾路傳感器快速同時(shí)采集和處理。傳感器使用上海某公司的YTHN808 型一體化電渦流傳感器，量程為2 mm，測量分辨率為0.001 mm，輸出4～20 mA電流信號［5]，見圖3。

圖3 可傾瓦軸承數(shù)采及處理軟件界面

4 結(jié)束語

新設(shè)計(jì)和制造的可傾瓦間隙精確測量工具可全面提高檢修效率和檢修精度，減輕勞動強(qiáng)度。按照固定瓦（圓筒瓦、橢圓瓦）、4 片可傾瓦、5 片可傾瓦將測量裝置分為3 大類，分別設(shè)計(jì)每類測量體，實(shí)現(xiàn)對各種規(guī)格軸瓦的測量。