自潤(rùn)滑軸承在煉鐵廠托輥中應(yīng)用的研究 |
摘 要：為了開(kāi)發(fā)新型免維護(hù)高性能帶式運(yùn)輸鏈托輥，文中分析了煉鐵廠托輥的運(yùn)行工況，并基于該工況，分析了滿足該工況條件下的托輥?zhàn)詽?rùn)滑滑動(dòng)軸承材料PV值范圍；試驗(yàn)研究了所采用的新型自潤(rùn)滑軸承的摩擦學(xué)性能；并將采用該軸承制備出的托輥應(yīng)用在現(xiàn)場(chǎng)中進(jìn)行了長(zhǎng)壽命考核；運(yùn)行結(jié)果證實(shí)了該新型自潤(rùn)滑軸承和托輥的長(zhǎng)壽命和工作可靠性。 關(guān)鍵詞：托輥；自潤(rùn)滑材料；帶式運(yùn)輸機(jī)；軸承；三泰軸承，SUNTHAI軸承，F(xiàn)&F軸承
前 言：對(duì)于煉鐵廠，帶式運(yùn)輸機(jī)的工作效率是直接影響到鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和冶煉過(guò)程流程的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。而托輥的支承特性及使用壽命對(duì)帶式輸送機(jī)的性能參數(shù)（運(yùn)距、運(yùn)量、成本和噪聲等）和工作可靠性影響很大。長(zhǎng)期以來(lái)，煉鐵廠帶式運(yùn)輸機(jī)的托輥采用支承為滾動(dòng)軸承＋潤(rùn)滑脂；由于煉鐵廠皮帶運(yùn)輸機(jī)工作在露天和環(huán)境較惡劣，較大的粉塵和礦渣溫度的工作環(huán)境使?jié)L動(dòng)軸承容易產(chǎn)生阻塞或潤(rùn)滑脂干澀而失效。失效的軸承限制了托輥的自由旋轉(zhuǎn)而使皮帶與托輥表面產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)；這不僅加速了托輥的磨損，而且增加了運(yùn)輸機(jī)帶與托輥間的運(yùn)動(dòng)阻力、運(yùn)輸機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)噪聲和運(yùn)輸帶的損壞[1]。若以托輥支承失效為標(biāo)準(zhǔn)衡量目前煉鐵廠的托輥壽命，采用滾動(dòng)軸承＋潤(rùn)滑脂支承的托輥使用壽命約為7200小時(shí)（約為10個(gè)月）。此外，由于煉鐵廠帶式運(yùn)輸機(jī)多為長(zhǎng)距離和高空運(yùn)輸，因此，實(shí)現(xiàn)其運(yùn)行過(guò)程維護(hù)具有很大的難度和安全性隱患；由此，解決其托輥的長(zhǎng)壽命和免維護(hù)問(wèn)題，不僅能節(jié)約大量的潤(rùn)滑脂費(fèi)用，而且為實(shí)現(xiàn)冶煉原料運(yùn)輸過(guò)程的安全、高效和靜音的綠色物流作業(yè)提供技術(shù)保證。 １ 托輥工況參數(shù)分析
煉鐵廠的運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)料輸送帶由三托輥組成柔性料槽（如圖１所示）。運(yùn)輸機(jī)在工作時(shí)，使托輥產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的主驅(qū)動(dòng)力來(lái)自運(yùn)輸帶在荷重力作用下的表面摩擦切向力；因此，托輥的運(yùn)動(dòng)特征決定了其布局和結(jié)構(gòu)?；跓掕F廠運(yùn)料流量測(cè)算，運(yùn)輸鏈分布在托輥上平均載荷P=1000N；托輥運(yùn)行的線速度V=0.63m/s；使用溫度在100℃左右。在該工況下，托輥組中的支承處于存在不同受力狀態(tài)下。對(duì)于水平托輥，其支承所承受的徑向載荷PJ=P/2＝500N，且易受到灰塵和散落的礦碴的侵入。對(duì)于傾斜托輥，其下位支承的工作條件作為惡劣，除了受到運(yùn)輸機(jī)產(chǎn)生的灰塵和散落的礦碴的侵入外，還受到徑向和軸向的復(fù)合載荷。其中，軸向載荷：ＰZ=PJsinα（α——托輥的傾斜角，一般取其30。）。顯然，在該工況下，托輥的支承的選擇受到如下兩方面的制約：
圖１煉鐵廠運(yùn)輸機(jī)三托輥組成料槽
（１）由于工作溫度和線速度摩擦引起的摩擦熱制約了高分子材料在該支承中的應(yīng)用。 （２）傾斜托輥下支承的復(fù)合載荷限制了普通徑向滾動(dòng)軸承的應(yīng)用，而托輥的結(jié)構(gòu)、不容調(diào)節(jié)和成本也制約了推力組合軸承的應(yīng)用。 （３）高空運(yùn)輸及灰塵和散落的礦碴的侵入制約了對(duì)F&F軸承潤(rùn)滑的維護(hù)?；诖?，該免維護(hù)托輥采用了武漢理工大學(xué)研制的高性能自潤(rùn)滑軸承。為了考察該F&F軸承的摩擦學(xué)性能和煉鐵廠工況的適應(yīng)性，對(duì)軸承進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)和對(duì)托輥進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
２ SUNTHAI
作為自潤(rùn)滑軸承，軸承材料的PV值也顯得非常重要。對(duì)于某一材料而言，PV值反映出該材料在摩擦過(guò)程中對(duì)溫度和強(qiáng)度的適用性?；谝陨系奶岣吖r分析和采用滑動(dòng)軸承時(shí)托輥的設(shè)計(jì)支承面積；對(duì)于水平托輥，自潤(rùn)滑材料的摩擦學(xué)性能應(yīng)滿足的PV值為：PV=（ＰJ/軸承支承面積）×V=0.59MPa•m/ｓ。對(duì)于傾斜托輥的下支承，其自潤(rùn)滑材料的摩擦學(xué)性能應(yīng)同時(shí)滿足徑向和軸向載荷下的PV值：即在徑向載荷下PV=（ＰJ
圖２新型自潤(rùn)滑托輥軸承
參照資料[2]?？芍涸揚(yáng)V范圍已接近熱塑性材料、PTEE材料和碳、石墨復(fù)合材料的PV極限值。如果考慮在工程中的動(dòng)力不平衡和溫度的影響，其實(shí)際使用PV值要比理論計(jì)算值高得多；顯然，該托輥用的自潤(rùn)滑材料的摩擦學(xué)性能要比以上的理論計(jì)算值高得多?；诖耍撏休佭x用了由武漢理工大學(xué)開(kāi)發(fā)了新型鐵基自潤(rùn)滑材料，并制備出自潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承（如圖2所示）。圖3是在滑動(dòng)軸承在軸承試驗(yàn)機(jī)上，在試驗(yàn)溫度T=100℃，速度V=0.06ｍ/ｓ和載荷P=500Ｎ條件下，對(duì)該軸承進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)室摩擦試驗(yàn)的摩擦系數(shù)在線測(cè)量結(jié)果；由結(jié)果可以看出：該軸承不僅具有非常低的摩擦系數(shù)（f≤0.10），而且摩擦過(guò)程平穩(wěn)。圖4為磨損試驗(yàn)后自潤(rùn)滑材料表面的微觀磨損形貌，由圖可以看出：磨損表面的磨痕非常微細(xì)表面被一層潤(rùn)滑膜覆蓋，這中磨損形貌反映出該材料具有好的自潤(rùn)滑性能。在軸承試驗(yàn)機(jī)上對(duì)該軸承測(cè)量的PV極限值為6.53MPa• m/s。顯然，該軸承的PV極限值已經(jīng)超過(guò)了托輥工況要求的范圍而使其可較好地應(yīng)用在冶煉帶式運(yùn)輸機(jī)的托輥中。
圖３自潤(rùn)滑軸承臺(tái)架試驗(yàn)的摩擦系數(shù)在線測(cè)量結(jié)果
 圖４ 自潤(rùn)滑材料在磨損288小時(shí)后的表面SEM形貌
?。?１軸承托輥的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
為了考核自潤(rùn)滑軸承托輥的壽命和性能，將該新型托輥安裝在煉鐵廠三爐返礦五１ｍ帶式運(yùn)輸機(jī)爬坡拐彎處進(jìn)行壽命考核；在連續(xù)運(yùn)行20個(gè)月（大約14500小時(shí)）后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)考核結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。圖5為現(xiàn)場(chǎng)考核試驗(yàn)后白潤(rùn)滑軸承的拆卸情況，圖6為該軸承在磨損20個(gè)月后的表面特征，由圖可以看出：軸承表面光滑且無(wú)明顯的磨損痕跡。表為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后托輥各零件的磨損量測(cè)量結(jié)果。
圖5 托輥中自潤(rùn)滑軸承的現(xiàn)場(chǎng)拆卸情況
圖?。稘?rùn)滑軸承現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后的宏觀形貌
表托輥在連續(xù)運(yùn)行14500h后的尺寸變化測(cè)量值
現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果的上表反映了該托輥的壽命情況，由表可以看出：
?。ǎ保┹S承外套內(nèi)徑的磨損量為0.08mm，軸承內(nèi)套外徑的磨損量為0.04mm；兩者的磨損和為0.12mm。托輥軸承內(nèi)孔按E9公差等級(jí)設(shè)計(jì)，托輥軸承外徑孔按h7公差等級(jí)設(shè)計(jì)；兩者的極限公差帶為0.122mm；因此，該軸承的磨損仍然在軸承設(shè)計(jì)公差范圍內(nèi)，可視為零磨損。
（２）基于托輥軸承應(yīng)用環(huán)境，托輥軸承執(zhí)行國(guó)家滑動(dòng)軸承標(biāo)準(zhǔn)H11級(jí)；軸承外套內(nèi)徑Ｈ11公差推薦值為[3]；軸承內(nèi)套外徑C11公差推薦值為
 ；兩者的極限公差帶為0.44mm。而該軸承目前的實(shí)際磨損量為0.12mm，僅為許用磨損量的27％；因此，可以預(yù)測(cè)該軸承的使用壽命為5年。
?。ǎ常┯捎谧詽?rùn)滑軸承消除了以往托輥在運(yùn)行過(guò)程中由于軸承阻塞或潤(rùn)滑脂干澀而失效引起的皮帶與托輥表面產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)的現(xiàn)象。參照?qǐng)D1的試驗(yàn)托輥表面磨損現(xiàn)象可看出：在一組托輥中，三個(gè)托輥的表面磨損都非常均勻和光滑，這表明：該軸承在使用過(guò)程中具有良好的自潤(rùn)滑性能，這種情況可使輥皮外徑磨損均勻；從而減緩了托輥的單邊磨損，延長(zhǎng)了托輥的整體壽命。在該現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，托輥輥皮采用厚度為3mm，經(jīng)過(guò)預(yù)處理的無(wú)縫鋼管鋼管；在磨損試驗(yàn)周期為20個(gè)月后，托輥輥皮的單邊磨損量?jī)H為0.4mm，按托輥輥皮磨損厚度1/2報(bào)廢計(jì)算，該托輥輥皮的使用壽命也可以達(dá)到5年。
（１）試驗(yàn)結(jié)果表明：煉鐵廠F&F托輥軸承用自潤(rùn)滑材料的自潤(rùn)滑性能是通過(guò)表面膜來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，這種潤(rùn)滑膜的自生成特征，可使其滿足托輥工況的長(zhǎng)壽命自潤(rùn)滑要求。在經(jīng)過(guò)20個(gè)月現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，其磨損量仍然在設(shè)計(jì)公差范圍內(nèi)；如按托輥軸承的標(biāo)準(zhǔn)許用精度等級(jí)，該軸承的使用壽命可達(dá)到5年。 （２）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明：F&F自潤(rùn)滑軸承的應(yīng)用不僅提高了托輥支承性能，而且使托輥輥皮的磨損均勻，從而減緩了托輥的單邊磨損；這對(duì)于煉鐵廠皮帶運(yùn)輸機(jī)而言，托輥輥皮的均勻磨損不僅提高了托輥的壽命，而且提高了運(yùn)輸機(jī)的工作可靠性；在本試驗(yàn)條件下，托輥的輥皮可達(dá)到5年的壽命水平。 （３）通過(guò)SUNTHAI自潤(rùn)滑軸承的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)托輥各零件同步壽命的目的，這為摩擦學(xué)設(shè)計(jì)在冶煉廠的進(jìn)一步應(yīng)用提供了有價(jià)值的依據(jù)。 寧波三泰軸承有限公司 0574-87220315 傳真：0574-87223781 web@sunthaibearing.com www.huizhouweb.com |
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