進(jìn)口設(shè)備備件中液體靜壓軸承國(guó)產(chǎn)化研制探究

汪王照，王孟驥，趙艷瓊

（南京汽車(chē)集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210061）

1 前言

隨著我國(guó)的改革開(kāi)放以及汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、曲軸、凸輪軸、連桿五大件制造設(shè)備主要有三大系，歐系、美系和日韓系，大家在設(shè)備維護(hù)過(guò)程中都會(huì)遇到同樣的一個(gè)問(wèn)題，維修備件昂貴，甚至還有只賣(mài)部件不賣(mài)零件的窘境，即使能買(mǎi)到零件，價(jià)格也是非常了得。同時(shí)備件的購(gòu)買(mǎi)周期也非常長(zhǎng)，對(duì)企業(yè)的資金占用也是一種浪費(fèi)。隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，設(shè)備維修部件的整體國(guó)產(chǎn)化和零件的局部更換對(duì)設(shè)備維修成本的貢獻(xiàn)不容小覷，同時(shí)，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行效率也有堅(jiān)實(shí)的支撐。本文就是通過(guò)對(duì)液態(tài)靜壓軸承（以下稱(chēng)靜壓軸承）國(guó)產(chǎn)化研制作為啟發(fā)點(diǎn)，引發(fā)對(duì)備件國(guó)產(chǎn)化的思考，同時(shí)從技術(shù)層面分析其思路的可行性。

2 靜壓軸承的國(guó)產(chǎn)化研制

2.1 靜壓軸承的工作原理及現(xiàn)狀背景介紹

靜壓軸承(Hydrostatic Bearing），就是通過(guò)潤(rùn)滑油泵將壓力油送到軸承間隙內(nèi)，在軸承內(nèi)強(qiáng)制形成潤(rùn)滑油膜以實(shí)現(xiàn)液體潤(rùn)滑的滑動(dòng)軸承。由于靜壓軸承從啟動(dòng)到停止始終在液體潤(rùn)滑下工作，具有旋轉(zhuǎn)精度高、低磨損（理論上無(wú)磨損）、油膜剛度大、功耗低、能抑制油膜振蕩等優(yōu)點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，起動(dòng)功率小，在極低（甚至為零）的速度下也能應(yīng)用。理論上是無(wú)磨損、無(wú)限壽命的設(shè)計(jì)，在精密磨削機(jī)床中被廣泛使用。但在實(shí)際使用中，由于油品的干凈程度、黏度、油溫、砂輪的重量、切削力等因素的影響，軸承處于混合潤(rùn)滑狀態(tài)，還是存在不確定的磨損、精度下降、噪聲監(jiān)測(cè)報(bào)警等諸多問(wèn)題，導(dǎo)致需要更換。本文中是以英國(guó)LANDIS曲軸主軸頸磨床的靜壓主軸作為研究對(duì)象，包括供油系統(tǒng)、節(jié)流器和油墊關(guān)鍵部件，該軸承屬于恒壓力腔式徑向靜壓軸承。

該備件從國(guó)外進(jìn)口時(shí)需要軸和軸承成套訂貨，價(jià)格在70萬(wàn)元左右人民幣，不支持單獨(dú)靜壓軸承采購(gòu)。通過(guò)查閱相關(guān)技術(shù)資料以及靜壓軸承的設(shè)計(jì)手冊(cè)，對(duì)主軸的拆解、測(cè)繪、使用情況分析研究，原機(jī)床軸承的外徑、內(nèi)徑、寬度等基本尺寸都已經(jīng)很清楚，我們主要解決以下幾個(gè)尺寸：油腔尺寸、封油面尺寸、封油面和軸的配合間隙、節(jié)流器的尺寸以及軸承內(nèi)腔的形狀公差。因?yàn)閷?duì)于靜壓系統(tǒng)中靜壓油的黏度和壓力以及軸的這些參數(shù)原機(jī)床都已知曉和固定，包括軸的承載能力、軸的剛度、流量和功耗在本文中都不做闡述。

2.2 靜壓軸承的國(guó)產(chǎn)化研制

經(jīng)過(guò)測(cè)繪，該軸承屬于腔式無(wú)回油槽徑向軸承，恒壓型，壓力為55BAR，油品型號(hào)：BP BARTRAN HV15，管式節(jié)流，對(duì)稱(chēng)等面積圓弧形矩形四油腔結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1。

圖1

我們要研制該軸的靜壓軸承，需要確定的參數(shù)有：軸承的材料選擇、軸承內(nèi)徑D、軸承寬度B、軸和軸承的半徑間隙ho、封油面的寬度b*、油腔深度Z1、寬度l、管式節(jié)流器的尺寸(長(zhǎng)度lc、直徑dc)以及軸承內(nèi)徑的形狀公差等要求。通過(guò)測(cè)繪對(duì)比設(shè)計(jì)手冊(cè)，確定最終參數(shù)，然后試制測(cè)試。滿足使用要求即可。

根據(jù)測(cè)繪，已知軸的直徑D’=?139.6mm≈D，根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)

圖2

D=139.6+0.035×2=139.67

徑向軸承的寬徑比B*=B/D取值范圍在0.5～1.5，所以該軸承寬度范圍B=（0.5～1.5）D=0.5×139.67～1.5×139.67=69.835～209.505，且實(shí)際測(cè)量B=D=139.7，符合設(shè)計(jì)規(guī)范。

軸承的內(nèi)孔的形狀誤差包括圓度和圓柱度，其精度誤差△≦（1/3～1/10）ho。我們?nèi)≈?.005mm。

軸承的材料選擇，靜壓軸承由于軸和軸承沒(méi)有直接接觸，一般采用組織均勻，無(wú)砂眼、縮孔的鑄鐵或者銻銅鑄鐵?？紤]到軸承在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)超載，熱變形和潤(rùn)滑油突然中斷的可能，為了使軸承損壞的危險(xiǎn)性降至最小，軸承的材料可采用ZQSn6-6-3、ZQSn8-14、ZCuPb30等鑄造青銅或鑄造黃銅，在我們制造選用材料時(shí)為了進(jìn)一步耐磨性、耐腐蝕性和較高的硬度以及良好的鑄造性能和切削加工性能，我們采用了鑄造錫青銅ZQSn10-1。通過(guò)精鏜或磨削達(dá)到工藝要求，最通過(guò)研磨進(jìn)一步提高其表面光潔度和降低形狀公差。

2.3 靜壓軸承的日常使用和維護(hù)建議

（1）一定要保證靜壓油的清潔，使用一年后應(yīng)更換主軸油和粗精濾芯（精度等級(jí)10um，控制在5um更好）。

（2）補(bǔ)充油時(shí)一定要經(jīng)過(guò)精密過(guò)濾。

（3）更換主軸皮帶輪時(shí)，一定要在泵站工作的狀態(tài)下進(jìn)行。即主軸在靜壓油浮起的狀態(tài)下進(jìn)行。這樣不損傷主軸和動(dòng)靜壓軸承。

（4）砂輪主軸工作前觀察泵站壓力和磨頭靜壓是否在規(guī)范范圍內(nèi)。

（5）設(shè)備停機(jī)時(shí)，一定要先停掉磨頭電機(jī)，待砂輪停穩(wěn)后，再關(guān)掉泵站，否則容易損傷磨頭。

（6）換泵站上的任何零部件，一定要先卸掉高壓進(jìn)油軟管接頭，更換完零件后，油路自我循環(huán)15～20min后方可將進(jìn)油管接上磨頭，這樣就保證了進(jìn)入磨頭的主軸油是經(jīng)過(guò)精過(guò)濾的超潔凈主軸油。這樣做可以延長(zhǎng)靜壓主軸的使用壽命。

3 進(jìn)口設(shè)備常見(jiàn)維修備件國(guó)產(chǎn)化實(shí)例介紹

靜壓軸承的國(guó)產(chǎn)化的研制只是國(guó)產(chǎn)化的一個(gè)著眼點(diǎn)，在進(jìn)口設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行維護(hù)中，機(jī)械備件的損壞主要體現(xiàn)在易損備件上，如絲杠、滑塊、軸承、軸體、輥道、回液泵、支撐板、支撐銷(xiāo)等，像軸承類(lèi)涉及精度以及壽命要求，國(guó)產(chǎn)軸承與歐美以及日本的產(chǎn)品比較還是有很大的差距，主流產(chǎn)品如SKF、INA、FAG、NSK等，不建議替換。下面是我們?cè)趯?shí)際工作中的幾個(gè)國(guó)產(chǎn)化實(shí)例介紹。

3.1 絲杠

絲杠在實(shí)際使用中有幾個(gè)參數(shù)是我們主要考慮的，絲杠的精度、螺母安裝尺寸、兩端軸頸及鎖緊件尺寸、承載強(qiáng)度，其次就是螺紋的頭數(shù)和滾珠循環(huán)方式。我們?cè)趯?shí)際工作中采用南京工藝裝備公司的產(chǎn)品，絲杠有兩種功能，一種用于傳動(dòng)，精度要求低，國(guó)產(chǎn)替代完全可行。另一種屬于定位絲杠，精度要求高，在國(guó)內(nèi)精度等級(jí)能夠達(dá)到P2等級(jí)。在我們工作中，普通的加工中心P4級(jí)精度就可以滿足要求，對(duì)一些精密磨床采用P3等級(jí)。滾珠循環(huán)方式可以采用內(nèi)滾道和外滾道兩種，對(duì)于多頭采用內(nèi)滾道循環(huán)的，由于結(jié)構(gòu)緊湊，承載力要大，在國(guó)內(nèi)相對(duì)而言制作就比較困難了。根據(jù)安裝空間的要求選擇自己需要的產(chǎn)品。至于兩端軸頸和螺母法蘭的加工精度就目前國(guó)內(nèi)機(jī)加工的能力隨處都可以加工。所以對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)加工設(shè)備的絲杠?chē)?guó)產(chǎn)化率能達(dá)到70%以上。

3.2 回液泵類(lèi)國(guó)產(chǎn)化

我國(guó)泵類(lèi)產(chǎn)品分通用泵和專(zhuān)用泵兩大類(lèi)，新中國(guó)成立至20世紀(jì)80年代，隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，制造和應(yīng)用各類(lèi)型的泵已經(jīng)形成，諸如農(nóng)業(yè)排灌泵、給水排水泵、礦山泵、采油泵、機(jī)床冷卻液泵等，受當(dāng)時(shí)技術(shù)和生產(chǎn)條件所限，多數(shù)泵的體積偏大，功效低，能耗高。但這些泵耐用、通用性較好，介質(zhì)可以是水也可以是油，冷熱不分。通俗叫作通用泵，近30年隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水泵技術(shù)隨之發(fā)展，我國(guó)機(jī)械加工制造業(yè)引進(jìn)許多國(guó)外現(xiàn)代化生產(chǎn)線等重要裝備，由于它的結(jié)構(gòu)、外形、安裝方式、進(jìn)出口方位等都是按機(jī)床整體要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，稱(chēng)為機(jī)床專(zhuān)用泵，國(guó)內(nèi)的通用泵配不上，機(jī)床專(zhuān)用泵與我國(guó)現(xiàn)行通用泵相比，設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量有許多不同，通用泵用來(lái)抽送沒(méi)有腐蝕、不含氣體、不含雜質(zhì)的液體。而機(jī)床專(zhuān)用泵需要輸送含有金屬鐵屑的冷卻液，泵體和葉輪受磨損嚴(yán)重，其材料也不能用普通鑄鐵，須選用合金鑄鐵、耐磨鑄鐵或鑄鋼。另外，受結(jié)構(gòu)影響一般結(jié)構(gòu)都設(shè)計(jì)精巧，泵體只能采用精密鑄造，不能砂鑄。合金鋼件還必須進(jìn)行熱處理，加工工藝復(fù)雜，產(chǎn)品質(zhì)量要求高。

目前，我們對(duì)機(jī)床回液泵采用國(guó)內(nèi)浦江泵業(yè)產(chǎn)品替代，安裝方式、安裝空間、機(jī)械性能、流體性能、壽命都能很好地滿足要求，更重要的是可以購(gòu)買(mǎi)易損件進(jìn)行零件更換維修，對(duì)今后的維護(hù)成本有很大的幫助，同時(shí)售后服務(wù)也能得到很大的保障。

3.3 機(jī)械零件國(guó)產(chǎn)化

在設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中，傳動(dòng)件以及定位元件都存在不確定的磨損或損壞，這些零件如定位銷(xiāo)、定位塊、定位卡爪、傳遞軸、傳動(dòng)齒輪、靜壓軸承套等。從設(shè)備原產(chǎn)家購(gòu)買(mǎi)周期長(zhǎng)、價(jià)格貴。國(guó)內(nèi)的機(jī)械加工都不存在問(wèn)題，主要是國(guó)外一般都不提供詳細(xì)的圖紙，關(guān)鍵在于產(chǎn)品的測(cè)繪和材料的選擇以及熱處理、加工過(guò)程中的質(zhì)量保證。通過(guò)我們10余年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，這些工作完全可以實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)自主化。

4 結(jié)語(yǔ)

在10余年的設(shè)備備件國(guó)產(chǎn)化和同質(zhì)化替代過(guò)程中，通過(guò)科學(xué)的分析和大膽的嘗試，很好地解決了備件進(jìn)口價(jià)格高、供貨周期長(zhǎng)的難題，更重要的是培養(yǎng)了設(shè)備維護(hù)工程師的技術(shù)能力和研究興趣。隨著我國(guó)制造能力的進(jìn)步，設(shè)備備件的國(guó)產(chǎn)化范疇會(huì)越來(lái)越廣，質(zhì)量也會(huì)越來(lái)越好，也會(huì)帶動(dòng)我國(guó)機(jī)床行業(yè)新的發(fā)展模式和突破。