磨機主軸承失效原因及改進措施研究范文

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摘要:在選礦行業，磨機是最重要、不可或缺的設備，而軸承是磨機的重要部件之一，其能否安全運行，直接影響生產。針對磨機小齒輪軸定位端軸承SKF23288CA/C3W33在潤滑良好，振動無異常的情況下，出現的調心滾子軸承單列滾道剝落現象，進行了探討和理論分析。從軸承失效的形式、軸承潤滑、軸承振動、主軸承定位、大小齒輪的相互作用等方面總結了軸承失效的表現形式，分析了軸承失效的原因，提出了改進措施。為確保磨機正常運行，提高設備運轉率提供理論支持。

關鍵詞:磨機;軸承;潤滑;主軸承定位;齒輪嚙合

引言

中國黃金集團內蒙古礦業有限公司(下稱“內蒙古礦業公司”)烏努格吐山銅鉬礦(下稱“烏山銅鉬礦”)項目是中國黃金集團有限公司“十二五”大基地建設的標桿項目和品牌工程。內蒙古礦業公司重點開發烏山銅鉬礦，礦區銅金屬儲量300萬t，鉬金屬儲量60萬t。2009年建成投產，目前分為2個選礦廠，共3個生產系列，日處理礦石量8．5萬t。在烏山銅鉬礦選礦生產流程中，礦石經粗碎后進入半自磨機，半自磨機產生的頑石經過皮帶再返回到半自磨機中，這些礦石的研磨都是在半自磨機內完成的。烏山銅鉬礦選礦廠3個生產系列共有3臺半自磨機和3臺球磨機。其中，8．8m×4．8m半自磨機是國內大型磨機制造廠商制造的第一批大型磨機，目前處理礦石量達到870t/h，超過設計負荷625t/h，設計功率為6000kW，而實際生產使用功率為5000kW左右。磨機定位端軸承SKF23288CA/C3W33正常運行時溫度為40℃～55℃，而使用過程中，在潤滑良好，振動無異常的情況下，會突然出現一系列的高溫現象，使得溫度達到60℃～65℃。停車檢修時，打開定位端軸承座上蓋，發現調心滾子軸承單列滾道剝落。針對這個問題，內蒙古礦業公司組織相關技術人員與軸承生產廠商、設備生產廠家進行了探討和分析，總結了軸承失效的形式和原因，進行了失效的理論分析，并提出了相應的改進措施。

1軸承失效的形式

由于自磨工藝能夠簡化流程、節省投資、提高經濟效益，因此烏山銅鉬礦選礦廠引進SABC碎磨流程，由1臺半自磨機和1臺球磨機構成碎磨回路，半自磨機排礦端設有磁力弧和直線振動篩，篩上物通過皮帶再返回半自磨機，半自磨機篩下物和球磨機的排礦通過渣漿泵給入旋流器進行分級，旋流器沉砂給入球磨機再磨，旋流器溢流進入浮選。因此，磨機是碎磨流程中不可或缺的設備，而軸承是磨機的重要部件之一，軸承的正常工作是磨機可靠運行的關鍵。軸承在工作中喪失其規定功能，從而導致故障或不能正常工作的現象稱為失效。其失效的主要表現形式有剝離、損傷、裂紋、蠕變和電蝕等。

1)剝離。軸承在承受旋轉載荷時，內圈、外圈的滾道或滾動體面由于滾動疲勞而呈現魚鱗狀的剝離現象(見圖2)。其產生的主要原因有:①載荷不當;②安裝不良(非直線性);③力矩載荷大;④異物進入或進水;⑤潤滑不良，潤滑劑不合適;⑥軸承游隙不合適;⑦軸承箱精度不良、剛性不均，軸的撓度大;⑧生銹、侵蝕點、擦傷和壓痕(表面變形現象)。

2)損傷。軸承上呈現出帶有輕微磨損的暗面，暗面上由表及里有多條深至5～10μm的微小裂縫，并在大范圍內發生微小脫落(微小剝離)。其產生的主要原因有:①潤滑劑不合適;②異物進入潤滑劑內;③潤滑劑不良造成表面粗糙;④配對滾動零件的表面質量不好。

3)擦傷。在滾道面和滾動面上，由隨著滾動的打滑和油膜熱裂產生的微小燒傷匯總而成的表面損傷。其產生的主要原因有:①高速輕載荷;②急加、減速;③潤滑劑不合適;④水的進入。

4)裂紋、裂縫。滾道輪或滾動體有時會產生裂紋損傷。如果繼續使用，裂紋將發展為裂縫。其產生的主要原因有:①過大過盈量;②過大載荷、沖擊載荷;③剝落有所發展;④由于滾道輪或安裝構件的接觸而產生的發熱和微振磨損;⑤蠕變造成的發熱;⑥錐軸的錐角不良;⑦軸的圓柱度不良;⑧軸臺階的圓角半徑比軸承倒角大而造成與軸承倒角的干擾。

5)保持架的損傷。保持架的損傷有保持架的變形、折損、磨損等，以及柱的折損，端面部的變形，凹處面的磨損和導向面的磨損。其產生的主要原因有:①安裝不良(軸承的非直線性);②使用不良;③力矩載荷大;④沖擊、振動大;⑤轉速過大，急加、減速;⑥潤滑不良;⑦溫度上升。

6)蠕變。所謂蠕變是指在軸承的配合面上產生間隙時，配合面之間發生相對滑動。發生蠕變的配合面呈現出光亮鏡面或暗面，有時也有卡傷磨損產生。其產生的主要原因是過盈量不足或間隙配合時緊定套緊固不夠。

7)燒傷。滾道輪、滾動體及保持架在旋轉中急劇發熱直至變色、軟化、熔敷和破損。其產生的主要原因有:①潤滑不良;②載荷過大(預壓過大);③轉速過大;④游隙過小;⑤水、異物的侵入;⑥軸、軸承箱精度不良，軸的撓度大。

8)電蝕。所謂電蝕是指電流在循環轉動的軸承滾道輪和滾動體的接觸部分流動時，薄薄的潤滑油膜產生火花，使其表面出現局部的熔融和凹凸現象。其產生的主要原因是外圈和內圈間的電勢差。

9)生銹、腐蝕。軸承的生銹和腐蝕有滾道輪、滾動體表面的坑狀銹、全面生銹及腐蝕。其產生的主要原因有:①水、腐蝕性物質(漆、煤氣等)的侵入;②潤滑劑不合適;③由于水蒸氣的凝結而附有水滴;④高溫多濕狀態下停轉;⑤運輸過程中防銹不良;⑥保管不當;⑦使用不當。

10)變色。由于溫度上升和與潤滑劑反應等，滾道輪和滾動體及保持架變色。其產生的主要原因有:①潤滑不良;②與潤滑劑的反應造成熱態浸油;③溫度上升大。

2軸承失效的原因分析

2．1軸承

2．1．1軸承質量

軸承質量問題是導致軸承滾道剝落的直接原因。因此，需要進行軸承切片檢測，若軸承的合金成分化驗和金相組織分析都符合軸承國際標準要求，則此項原因可以排除。

2．1．2選型

1)軸承載荷計算。重新對軸承載荷強度進行計算，發現軸承在沒有滿載荷的情況下運行，未達到額定載荷而提早失效，故此原因排除。

2)軸承選型問題。大小齒輪嚙合過程中，總是存在脈動沖擊，在這種頻繁往復的沖擊過程中，對軸承的運行造成影響，可以考慮使用游隙稍大的軸承，如使用C4游隙的軸承，但是該項措施一直沒有得到驗證，可能會是其中的一個原因［1］。

3)軸承與軸的配合松緊度問題。軸承內徑與軸的外徑配合過松或過緊都有可能發生軸承失效。過松則可能造成軸承內徑與軸的外徑相對移動，使得軸承蠕變發熱，最終導致軸承剝落。過緊可能造成軸承溫度升高后，軸承內徑與軸外徑的預緊力不合適，同樣會造成軸承剝落。打開軸承后進行軸承內徑和軸外徑的現場實際測量，其與設計尺寸相符，沒有發現軸承內滾道因過緊而發藍，也未發現蠕變的任何痕跡。因此，該原因排除。

2．2潤滑

1)潤滑系統的原因。從軸承剝落的表面跡象來看，軸承并沒有因為缺油、斷油等造成的高溫使得軸承剝落區域內發藍，且軸承潤滑油流、油壓都有在線監測系統，并沒有發現缺油、斷油的現象，所以軸承的剝落與潤滑沒有關系。

2)潤滑系統的改進。在找不到剝落原因的前提下，可以考慮使用高黏度的潤滑油和高性能的添加劑，提高滾子與滾道間的油膜韌性，減緩軸承滾子與滾道之間的直接接觸，延長疲勞失效的時間。可以考慮單獨建立一套潤滑系統，使用高性能潤滑油。

2．3磨機筒體主軸承和筒體滑移

1)主軸承的基礎問題。設備安裝時，主軸承基礎晃動，晃動量高達2～3mm，經過基礎加固后不再晃動，符合設備正常運行的要求。生產實踐表明，加固前軸承僅使用1年即損壞，加固后已使用2a并沒有損壞。軸承的剝落和主軸承的晃動有很大的關系，因此主軸承的晃動是導致軸承剝落的一個原因。

2)主軸承的定位。游隙過大可能是引起軸承剝落的原因。在另外1臺磨機主軸承上安裝高壓油流止推潤滑，相比較其他設備游隙略有縮小，但是并沒有實際的效果，同樣發生調心滾子軸承單列滾道剝落。因此，這可能不是造成小齒輪軸承剝落的原因。

3)大小齒輪在運轉的過程中，存在滾動摩擦和滑動摩擦，由于大齒輪的質量太大，滑動摩擦幾乎可以忽略不計，可將大小齒輪視為一個整體。磨機自進料端進料，出料端出料，保持著平衡。為了消除這個平衡，筒體必須向相反的方向運動，所以才出現了不斷循環往復的沖擊載荷。

2．4軸承座和大小齒輪

1)軸承座的過松或過緊。軸承座與軸承外圈的配合尺寸不合適，很有可能導致軸承受到嚴重的擠壓或蠕動現象，致使軸承發熱，最終產生剝落。但是，打開軸承蓋后沒有發現軸承外圈過度擠壓和蠕動的跡象。因此，該項原因排除［2］。

2)自由端軸承座尺寸問題。自由端軸承座不能使軸承因溫度變形或受力偏載而成為自由活動的軸承，而是用以釋放定位端受到的軸向力。這個原因沒有得到驗證，所以是一個不能排除的原因。

3)大小齒輪技術問題。大小齒輪的螺旋角選用不合適，或齒輪的脈動過大，對軸承造成嚴重的沖擊載荷，使得軸承過早疲勞。這很可能是導致軸承過早剝落的一個原因。

4)大小齒輪的潤滑問題。經過長時間停車檢修，當剛開始運行時軸承振動數值總是過大。從現場應用可知:運行后多噴灑潤滑油可以減小振動，大小齒輪潤滑的優劣對軸承有一定的影響，但不是直接導致軸承剝落的原因。因此，這個原因可以直接排除。

2．5氣動離合器和熱變形

1)氣動離合器不對中可能導致軸承偏載受力，是導致軸承剝落的一個原因。這個原因需要進一步的驗證和探討，所以不能排除氣動離合器不對中的問題。

2)設備在運轉的過程中，軸溫度升高，軸承溫度升高，造成軸承的游隙降低，這樣使得軸承承受偏載和沖擊載荷的能力下降。這很可能是造成調心滾子軸承單列滾道剝落的一個原因。綜上所述，磨機小齒輪軸定位端軸承SKF23288CA/C3W33失效的原因主要有:主軸承的晃動，氣動離合器不對中和軸、軸承溫度升高造成軸承的游隙減小等。由于磨機筒體的滑移造成調心滾子軸承單列滾道承受沖擊載荷，因此這可能是產生剝落的主要原因，且這一現象和現場的軸承滾道損壞部位相符［3］。

3現場采取的措施及效果

根據對軸承失效形式和失效原因的分析，采取的現場改進措施主要包括以下幾個方面:

1)加固主軸承基礎，將原磨機主軸承的晃動量降低到0．3mm范圍內。

2)加強軸承安裝過程的管理，嚴格按照軸承供應廠商的要求，進行現場的安裝和游隙的調整。

3)督促現場嚴格把控潤滑系統的溫度和軸承的振動情況，如發現異常則立即檢查和更換。4)在小齒輪找正的過程中，嚴格按照相關技術要求，進行離合器的找正。采取以上改進措施后，增加了軸承的使用壽命，原來只能使用8個月左右，目前提高到超過1年，提高了整體的設備運轉率，使得生產能夠正常進行。

4結論

1)作為磨機的重要組成部件，避免小齒輪軸定位端軸承SKF23288CA/C3W33的失效，確保軸承的使用壽命是磨機有效運行的關鍵。

2)軸承失效的形式主要有剝離、損傷、擦傷、裂紋、裂縫、蠕變、電蝕和燒傷等。

3)軸承失效的主要原因有主軸承的晃動，氣動離合器不對中和軸、軸承溫度升高造成軸承的游隙減小，以及由于磨機筒體的滑移造成的調心滾子軸承單列滾道承受沖擊載荷等。

4)可通過加固主軸承基礎，按照要求安裝，嚴格管理等措施來改善軸承失效現象，確保磨機正常運行。

［參考文獻］

［1］歐陽．軸承制造的幾個關鍵技術簡介［J］．機電產品市場，2006(12):70－71．

［2］劉橋方，嚴楓．我國軸承制造技術的現狀及其發展趨勢［J］．軸承，2005(6):42－45．

［3］趙樹臣．磨機主軸承失效因素分析改進措施［J］．水泥，1993(7):27－30．

作者:石玉君 張合山 單位:中國黃金集團內蒙古礦業有限公司