胡子林++李曉燕+張賀

摘 要：大型球磨機(jī)主軸承銅合金軸瓦是其關(guān)鍵零件，軸瓦燒瓦后的維修就成了選礦廠的重大技術(shù)問(wèn)題。銅合金軸瓦硬度大承載能力強(qiáng)，軸瓦燒瓦后變形量大，在使用前必須研瓦，保證中空軸與軸瓦之間有良好潤(rùn)滑油膜存在。利用ANSYS對(duì)軸承油膜進(jìn)行有限元分析，得到軸瓦受力范圍，確定研瓦區(qū)間，保證銅合金軸瓦維修快速準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞：銅合金軸瓦；有限元方法；研瓦

引言

大型磨機(jī)軸承為滑動(dòng)軸承靜壓潤(rùn)滑，是關(guān)系磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)好壞的一個(gè)重要因素。大型磨機(jī)軸承主要由銅瓦、腰鼓型軸承襯體、鞍形座等組成。如果軸承的銅瓦出現(xiàn)燒瓦事故，整個(gè)磨機(jī)都將無(wú)法運(yùn)行，這會(huì)給企業(yè)帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)損失。如何能快速準(zhǔn)確地處理大型磨機(jī)軸承銅瓦燒瓦事故，把企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失降到最低。本文介紹了采用有限元法，快速準(zhǔn)確確定銅瓦承載區(qū)域，成功修復(fù)某企業(yè)Ф5.5×9.5m溢流型球磨機(jī)軸承銅瓦燒瓦事故。

1 銅瓦燒瓦情況介紹

某企業(yè)Ф5.5×9.5m溢流型球磨機(jī)現(xiàn)場(chǎng)燒瓦情況見(jiàn)圖1，圖1為球磨機(jī)固定端（出料端）主軸承軸瓦，圖上燒瓦嚴(yán)重的位置為靠近端蓋一側(cè)。同時(shí)瓦口也有燒瓦情況，這說(shuō)明瓦在高溫作用下發(fā)生了變形。

在瓦口處的變形非常嚴(yán)重，瓦與襯體之間的最大縫隙8mm。此磨機(jī)軸承銅瓦燒瓦后變形嚴(yán)重，如何修復(fù)到燒瓦之前良好的潤(rùn)滑效果，成了一個(gè)巨大工程。燒瓦修復(fù)時(shí)要將瓦面與中空軸，瓦面與瓦背進(jìn)行處理，使瓦面與中空軸、瓦背與瓦襯體的接觸良好，保證瓦受載荷時(shí)不變形，保壓效果好。中空軸與瓦之間才會(huì)有良好的潤(rùn)滑，未來(lái)設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，才不會(huì)再次出現(xiàn)磨機(jī)燒瓦事故。

2 利用有限元法確定研瓦區(qū)域

2.1 有限元模型

建立有限元模型，油膜是由磨機(jī)靜壓油站作用，在軸頸和軸瓦之間形成的，具有一定厚度和壓力的潤(rùn)滑油。這些潤(rùn)滑油可以為運(yùn)行的磨機(jī)提供良好的潤(rùn)滑。

2.2 劃分油膜網(wǎng)格與施加約束[1][2][3]

ANSYS中FLOTRAN CFD提供了兩種單元，二維FLUID141 單元和三維FLUID142單元。本文采用的是三維FLUID142六面體八節(jié)點(diǎn)單元。六面體單元具有一定的抗畸變能力，變形特性好，計(jì)算精度高等優(yōu)點(diǎn)。采用映射網(wǎng)格法，把油膜分成規(guī)整的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。并在劃分好的有限元模型上施加約束和載荷：油膜油腔范圍內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)壓力P=7MPa；軸承出口油膜斷面上所有節(jié)點(diǎn)壓力P=0；油膜與軸瓦接觸表面上所有節(jié)點(diǎn)的速度Vx=Vy=Vz=0；油膜與軸頸接觸表面上所有節(jié)點(diǎn)的速度Vx=Vy=0，Vz=wR1；施加約束和載荷后有限元模型如圖2所示。

圖3（油膜壓力分布云圖）為滿足Ф5.5×9.5m溢流型球磨機(jī)軸瓦最大負(fù)載時(shí)油膜壓力分布云圖，油膜壓力分布即為軸瓦所受壓力載荷分布。軸瓦上油膜分布云圖深藍(lán)色區(qū)域壓力為零，這個(gè)區(qū)域在研瓦時(shí)只需保證瓦面與中空軸的接觸良好；而瓦背研瓦時(shí)只需保證有油壓的區(qū)域內(nèi)，瓦背與軸瓦襯體之間接觸良好。

3 研瓦

研磨瓦背，研磨時(shí)，在瓦背上涂紅丹檢查瓦背和軸承襯體的接觸率，接觸面上的接觸點(diǎn)數(shù)為在每25×25mm2面積上不應(yīng)少于2-3個(gè)點(diǎn)。根據(jù)有限元分析結(jié)果，研磨瓦背，使瓦背與軸瓦襯體之間的受力區(qū)域達(dá)到前述研瓦要求。保證瓦受力時(shí)，瓦不變形。

研磨瓦面，研磨時(shí)，在瓦面上涂紅丹檢查瓦面和中空軸的接觸率，接觸面上的接觸點(diǎn)數(shù)為在每25×25mm2面積上不應(yīng)少于2-3個(gè)點(diǎn)。根據(jù)有限元分析結(jié)果，研磨瓦面，使瓦面與中空軸之間的受力區(qū)域達(dá)到前述研瓦要求。保證瓦受力時(shí)，瓦不變形。研好后的瓦安裝到軸承襯體上，放回到主軸承中接好油管開(kāi)啟靜壓油站檢查筒體浮起量（即油膜厚度）。筒體最小浮起量要大于0.2mm。用磨機(jī)慢速傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)筒體，在圓周方向上檢測(cè)4個(gè)點(diǎn)的筒體浮起量（油膜厚度）都在0.29mm左右，符合磨機(jī)運(yùn)行條件。

4 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)用有限元方法計(jì)算Ф5.5×9.5m溢流型球磨機(jī)主軸承油膜壓力分布，確定主軸承軸瓦受力分布。根據(jù)主軸承軸瓦受力分布情況，確定研瓦工作區(qū)域，準(zhǔn)確快速修復(fù)Ф5.5×9.5m溢流型球磨機(jī)主軸承銅合金軸瓦。大型磨機(jī)銅合金軸瓦的成功修復(fù)，為大型磨機(jī)使用企業(yè)提供了寶貴的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。有限元方法不僅可以為大型磨機(jī)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，同時(shí)也可以為大型磨機(jī)維修提供理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧凡平.ANSYS10.0有限元分析自學(xué)手冊(cè)[M].人民郵電出版社，2007（1）.

[2]杜平安.有限元網(wǎng)格劃分的基本原則[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2002（2）.

[3]劉剛.大型球磨機(jī)靜壓軸承CAE技術(shù)應(yīng)用研究[D].吉林大學(xué)，2007.

*通訊作者：胡子林