轉(zhuǎn)子混砂機轉(zhuǎn)子軸承位溫升大原因的分析及對策
2018-06-13宋瑞峰
（保定鑄機成套設(shè)備廠）
摘 要：轉(zhuǎn)子混砂機轉(zhuǎn)子空載試車過程中，轉(zhuǎn)子上軸承位處溫升較大。軸承長期處于高溫環(huán)境下，將嚴(yán)重影響軸承使用壽命。經(jīng)過分析找出了造成溫升的兩個原因，并給出了相應(yīng)的解決方法，經(jīng)過修整使轉(zhuǎn)子混砂機轉(zhuǎn)子機構(gòu)處于良好的運行狀況。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子混砂機；轉(zhuǎn)子；溫升大
一、引言
轉(zhuǎn)子混砂機在1960年后開始用于鑄造生產(chǎn)，是鑄造生產(chǎn)線砂處理系統(tǒng)中的核心設(shè)備之一，轉(zhuǎn)子混砂機運行的穩(wěn)定性直接關(guān)系到整條鑄造生產(chǎn)線的運行。轉(zhuǎn)子機構(gòu)在工作時根據(jù)生產(chǎn)要求有時會長時間處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此對轉(zhuǎn)子機構(gòu)的機械性能和穩(wěn)定性要求較高。轉(zhuǎn)子混砂機轉(zhuǎn)子軸承位溫升較大，可造成轉(zhuǎn)子軸承的使用壽命縮短、軸承抱死損壞，導(dǎo)致砂處理系統(tǒng)停止運行甚至使整條鑄造生產(chǎn)線癱瘓，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。因此，解決轉(zhuǎn)子混砂機轉(zhuǎn)子軸承位溫升較大的問題意義重大。
二、設(shè)備及結(jié)構(gòu)概述
轉(zhuǎn)子混砂機主要用于大、中型鑄造車間混制各種型、芯砂，亦可用于玻璃、陶瓷、耐火材料等行業(yè)混制各種粉粒狀物料。其主要由轉(zhuǎn)子機構(gòu)、上圍圈、下圍圈、卸料門、刮板機構(gòu)、支腿、傳動機構(gòu)等組成（詳見圖1）。該設(shè)備的工作原理是：低速轉(zhuǎn)動的刮板機構(gòu)在下圍圈內(nèi)推動混合砂料做徑向及切向運動，使型砂前進(jìn)的同時得到混合；高速轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子葉片既對型砂施以沖擊力又與刮板機構(gòu)配合對型砂施以剪切力，使砂料間產(chǎn)生快速擴散和強烈的摩擦，從而達(dá)到混砂效果好、質(zhì)量高的目的。
此設(shè)備中包含兩個轉(zhuǎn)子機構(gòu)，分別安裝在上圍圈上部的左右兩側(cè)。轉(zhuǎn)子電機通過皮帶輪、V型帶傳動帶動轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子上、下部各有一組軸承，使轉(zhuǎn)子可以承受一定的軸向力和徑向力。由于在實際生產(chǎn)過程中，上軸承位溫升的問題表現(xiàn)比較突出，因此在這里我們著重分析和解決上軸承位溫升大的問題。
轉(zhuǎn)子機構(gòu)上軸承位結(jié)構(gòu)見圖1放大圖所示。主要包含密封蓋、軸承蓋、密封圈軸承座、軸承、轉(zhuǎn)子軸等零部件。工作時，轉(zhuǎn)子軸、密封蓋和軸承內(nèi)圈同時高速旋轉(zhuǎn)。
關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子混砂機；轉(zhuǎn)子；溫升大
一、引言
轉(zhuǎn)子混砂機在1960年后開始用于鑄造生產(chǎn)，是鑄造生產(chǎn)線砂處理系統(tǒng)中的核心設(shè)備之一，轉(zhuǎn)子混砂機運行的穩(wěn)定性直接關(guān)系到整條鑄造生產(chǎn)線的運行。轉(zhuǎn)子機構(gòu)在工作時根據(jù)生產(chǎn)要求有時會長時間處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此對轉(zhuǎn)子機構(gòu)的機械性能和穩(wěn)定性要求較高。轉(zhuǎn)子混砂機轉(zhuǎn)子軸承位溫升較大，可造成轉(zhuǎn)子軸承的使用壽命縮短、軸承抱死損壞，導(dǎo)致砂處理系統(tǒng)停止運行甚至使整條鑄造生產(chǎn)線癱瘓，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。因此，解決轉(zhuǎn)子混砂機轉(zhuǎn)子軸承位溫升較大的問題意義重大。
二、設(shè)備及結(jié)構(gòu)概述
轉(zhuǎn)子混砂機主要用于大、中型鑄造車間混制各種型、芯砂，亦可用于玻璃、陶瓷、耐火材料等行業(yè)混制各種粉粒狀物料。其主要由轉(zhuǎn)子機構(gòu)、上圍圈、下圍圈、卸料門、刮板機構(gòu)、支腿、傳動機構(gòu)等組成（詳見圖1）。該設(shè)備的工作原理是：低速轉(zhuǎn)動的刮板機構(gòu)在下圍圈內(nèi)推動混合砂料做徑向及切向運動，使型砂前進(jìn)的同時得到混合；高速轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子葉片既對型砂施以沖擊力又與刮板機構(gòu)配合對型砂施以剪切力，使砂料間產(chǎn)生快速擴散和強烈的摩擦，從而達(dá)到混砂效果好、質(zhì)量高的目的。
此設(shè)備中包含兩個轉(zhuǎn)子機構(gòu)，分別安裝在上圍圈上部的左右兩側(cè)。轉(zhuǎn)子電機通過皮帶輪、V型帶傳動帶動轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子上、下部各有一組軸承，使轉(zhuǎn)子可以承受一定的軸向力和徑向力。由于在實際生產(chǎn)過程中，上軸承位溫升的問題表現(xiàn)比較突出，因此在這里我們著重分析和解決上軸承位溫升大的問題。
轉(zhuǎn)子機構(gòu)上軸承位結(jié)構(gòu)見圖1放大圖所示。主要包含密封蓋、軸承蓋、密封圈軸承座、軸承、轉(zhuǎn)子軸等零部件。工作時，轉(zhuǎn)子軸、密封蓋和軸承內(nèi)圈同時高速旋轉(zhuǎn)。
三、問題的發(fā)生
根據(jù)檢驗要求及規(guī)范，轉(zhuǎn)子機構(gòu)組裝完畢后，轉(zhuǎn)子電機需要接電空載試車。首先用手撥動轉(zhuǎn)子，比較輕松，檢查周邊無干涉及障礙物后接通電源。空載運轉(zhuǎn)約30分鐘后，經(jīng)紅外測溫儀檢測，轉(zhuǎn)子上軸承位溫度已經(jīng)上升到75.6°C，遂立即切斷電源。
根據(jù)規(guī)定：“空轉(zhuǎn)4h后，滾動軸承的溫升不得超過35°C，Z高溫度不應(yīng)高于70°C”[1]。由以上檢測得到轉(zhuǎn)子上軸承蓋外側(cè)溫度為75.6°C（車間溫度為20°C）。如果是軸承內(nèi)部摩擦產(chǎn)生的熱量，軸承處溫度應(yīng)高于75.6°C；如果不是軸承內(nèi)部摩擦引起的溫升，內(nèi)部散熱效果應(yīng)比外部差，軸承處溫度也不應(yīng)低于此溫度。因此判斷軸承溫升及溫度均超出國家標(biāo)準(zhǔn)要求。隨即對此部分進(jìn)行拆解，進(jìn)一步分析溫升過大的原因。
四、原因分析
在拆卸過程中發(fā)現(xiàn)以下造成溫升的兩個主要原因：
1、拆下上迷宮蓋后，發(fā)現(xiàn)上迷宮蓋上（與軸承蓋重疊處）有一段磨損而且已經(jīng)發(fā)黑的痕跡；隨后拆卸軸承蓋，同樣在軸承蓋上（與上迷宮蓋重疊處）有一圈磨損且發(fā)黑的痕跡。同時，可以看到軸承、迷宮蓋、軸承蓋內(nèi)潤滑脂已經(jīng)變黑、密封圈也已軟化。根據(jù)摩擦痕跡斷定，密封蓋與軸承蓋接觸摩擦產(chǎn)生了大量的熱能，從而導(dǎo)致此處溫升過高。
2、在拆卸軸承蓋時，注意到軸承蓋與軸承座之間安裝時沒有加調(diào)整墊，軸承蓋緊緊壓住軸承外圈。如果軸承外圈受熱必然產(chǎn)生形變，而軸承蓋限制了軸承外圈的軸向形變，因此軸承的形變趨向于徑向形變。徑向變形將會導(dǎo)致軸承外圈與軸承滾子之間的摩擦力增大，從而導(dǎo)致軸承溫度進(jìn)一步升高[2]。
五、對策
針對以上兩個溫升的主要原因，按如下方法校驗并給出相應(yīng)的對策：
1、經(jīng)測量，轉(zhuǎn)子軸軸徑（以下簡稱直徑1）尺寸為Ø85-0.05mm、密封蓋內(nèi)孔直徑（以下簡稱直徑2）尺寸為Ø85+0.25mm、密封蓋（與軸承蓋內(nèi)孔重合處）外圓直徑（以下簡稱直徑3）尺寸為Ø102-0.1mm、軸承蓋內(nèi)孔直徑（以下簡稱直徑4）尺寸為Ø102+0.1mm。由以上測量數(shù)據(jù)分析，直徑1與直徑2間隙為0.3mm，而直徑3與直徑4間隙為0.2mm，即轉(zhuǎn)子軸與密封蓋的間隙大于密封蓋與軸承蓋的間隙。理論上判斷，密封蓋與軸承蓋內(nèi)孔有接觸，因此出現(xiàn)上述摩擦痕跡應(yīng)該是必然現(xiàn)象。將測量尺寸與圖紙進(jìn)行對比，均符合圖紙要求。隨后查閱有關(guān)迷宮密封設(shè)計資料，Ø80～Ø110mm軸采用徑向迷宮液體密封時，迷宮蓋內(nèi)孔與軸的徑向間隙應(yīng)為0.4mm[3]。直徑3在此軸徑尺寸范圍之內(nèi)，直徑3與直徑4間隙選定為0.4mm。隨后查看轉(zhuǎn)子機構(gòu)部件裝配圖，發(fā)現(xiàn)密封圈規(guī)格為Ø100mm×Ø125mm×12mm，與之對應(yīng)的直徑3的基本尺寸應(yīng)為Ø100mm。遂對圖紙進(jìn)行更改：將直徑3尺寸更改為Ø100h7、直徑4尺寸更改為Ø100.8H7。由于轉(zhuǎn)子機構(gòu)工作時，密封蓋與轉(zhuǎn)子軸同時旋轉(zhuǎn)，即密封蓋與轉(zhuǎn)子軸不發(fā)生相對運動，因此密封蓋與轉(zhuǎn)子軸之間的配合間隙在不增加裝配難度的前提下可以適當(dāng)改小一些，將密封蓋內(nèi)孔尺寸更改為Ø85H7。所有涉及到的零件按更改后圖紙尺寸、公差進(jìn)行修整或重新制作，將受熱軟化的密封圈進(jìn)行更換，并更換潤滑脂。
2、軸承蓋安裝時，在軸承蓋與軸承座間增加適當(dāng)厚度的調(diào)整墊，以保證軸承蓋與軸承外圈之間有一定的軸向間隙。此間隙不宜過大，間隙過大則軸承軸向不能很好的被定位，造成軸承軸向竄動，從而影響到設(shè)備的穩(wěn)定；間隙過小或出現(xiàn)上述負(fù)間隙的情況，將會使軸承溫升進(jìn)一步加大。經(jīng)反復(fù)測試，當(dāng)軸承蓋與軸承外圈的軸向間隙控制在0.15mm到0.2mm之間時，溫升效果較理想。此間隙值既能對軸承起到很好的定位作用，又給由軸承受熱引起的軸承外圈軸向形變留有一定余量。
六、測試效果
按上述尺寸、公差修整并按要求裝配轉(zhuǎn)子機構(gòu)后，空運轉(zhuǎn)4小時，轉(zhuǎn)子上軸承位溫度為45°C（溫升為25°C）；另一側(cè)轉(zhuǎn)子上軸承位溫度為47°C（溫升為27°C）。
測試結(jié)果達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。
此后，分別測試2臺轉(zhuǎn)子混砂機：空運轉(zhuǎn)4小時后，上軸承位溫度分別為42°C和48°C、39°C和47°C，溫升分別為22°C和28°C、29°C和27°C。由此可見，轉(zhuǎn)子上軸承位溫升得到了有效控制，證實上述改進(jìn)對策是可行、有效的。
七、結(jié)束語
經(jīng)過上述修整和改進(jìn)，取得了較好的實際效果，使轉(zhuǎn)子混砂機轉(zhuǎn)子機構(gòu)處于良好的運行狀態(tài)，并確定了轉(zhuǎn)子上軸承位處各零件合理的尺寸及公差，同時也反映出生產(chǎn)、設(shè)計中存在的一些問題。
空載試車，并不能代表實際工作狀況。首先，空載試車時間為4小時，而實際生產(chǎn)可能會24小時不間斷負(fù)荷運行；其次，實際生產(chǎn)環(huán)境灰塵會較多，環(huán)境較差，密封不好，必定會影響軸承潤滑及使用壽命；再次，實際生產(chǎn)時應(yīng)注意按規(guī)定時間添加潤滑脂，以保證軸承處于良好的運行環(huán)境和密閉空間，使軸承穩(wěn)定運行并保證使用壽命。
綜上所述，只要能夠認(rèn)真對待、從根本上一一解決生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)的問題，產(chǎn)品質(zhì)量就會一步步得到提升。良好的產(chǎn)品質(zhì)量加上嚴(yán)格的設(shè)備日常維護(hù)規(guī)程，產(chǎn)品就會長久、高效、穩(wěn)定地服務(wù)于生產(chǎn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]GB/T28689-2012，高效轉(zhuǎn)子混砂機技術(shù)條件（S）
[2]徐升，程士順，鄒國軍，陳平.輪轂軸承抱死現(xiàn)象分析與改進(jìn)（J）.《安徽科技》，2011，（07）：46-47
[3]卜炎主編.機械設(shè)計大典（M）.江西科學(xué)技術(shù)出版社，2002.1
根據(jù)檢驗要求及規(guī)范，轉(zhuǎn)子機構(gòu)組裝完畢后，轉(zhuǎn)子電機需要接電空載試車。首先用手撥動轉(zhuǎn)子，比較輕松，檢查周邊無干涉及障礙物后接通電源。空載運轉(zhuǎn)約30分鐘后，經(jīng)紅外測溫儀檢測，轉(zhuǎn)子上軸承位溫度已經(jīng)上升到75.6°C，遂立即切斷電源。
根據(jù)規(guī)定：“空轉(zhuǎn)4h后，滾動軸承的溫升不得超過35°C，Z高溫度不應(yīng)高于70°C”[1]。由以上檢測得到轉(zhuǎn)子上軸承蓋外側(cè)溫度為75.6°C（車間溫度為20°C）。如果是軸承內(nèi)部摩擦產(chǎn)生的熱量，軸承處溫度應(yīng)高于75.6°C；如果不是軸承內(nèi)部摩擦引起的溫升，內(nèi)部散熱效果應(yīng)比外部差，軸承處溫度也不應(yīng)低于此溫度。因此判斷軸承溫升及溫度均超出國家標(biāo)準(zhǔn)要求。隨即對此部分進(jìn)行拆解，進(jìn)一步分析溫升過大的原因。
四、原因分析
在拆卸過程中發(fā)現(xiàn)以下造成溫升的兩個主要原因：
1、拆下上迷宮蓋后，發(fā)現(xiàn)上迷宮蓋上（與軸承蓋重疊處）有一段磨損而且已經(jīng)發(fā)黑的痕跡；隨后拆卸軸承蓋，同樣在軸承蓋上（與上迷宮蓋重疊處）有一圈磨損且發(fā)黑的痕跡。同時，可以看到軸承、迷宮蓋、軸承蓋內(nèi)潤滑脂已經(jīng)變黑、密封圈也已軟化。根據(jù)摩擦痕跡斷定，密封蓋與軸承蓋接觸摩擦產(chǎn)生了大量的熱能，從而導(dǎo)致此處溫升過高。
2、在拆卸軸承蓋時，注意到軸承蓋與軸承座之間安裝時沒有加調(diào)整墊，軸承蓋緊緊壓住軸承外圈。如果軸承外圈受熱必然產(chǎn)生形變，而軸承蓋限制了軸承外圈的軸向形變，因此軸承的形變趨向于徑向形變。徑向變形將會導(dǎo)致軸承外圈與軸承滾子之間的摩擦力增大，從而導(dǎo)致軸承溫度進(jìn)一步升高[2]。
五、對策
針對以上兩個溫升的主要原因，按如下方法校驗并給出相應(yīng)的對策：
1、經(jīng)測量，轉(zhuǎn)子軸軸徑（以下簡稱直徑1）尺寸為Ø85-0.05mm、密封蓋內(nèi)孔直徑（以下簡稱直徑2）尺寸為Ø85+0.25mm、密封蓋（與軸承蓋內(nèi)孔重合處）外圓直徑（以下簡稱直徑3）尺寸為Ø102-0.1mm、軸承蓋內(nèi)孔直徑（以下簡稱直徑4）尺寸為Ø102+0.1mm。由以上測量數(shù)據(jù)分析，直徑1與直徑2間隙為0.3mm，而直徑3與直徑4間隙為0.2mm，即轉(zhuǎn)子軸與密封蓋的間隙大于密封蓋與軸承蓋的間隙。理論上判斷，密封蓋與軸承蓋內(nèi)孔有接觸，因此出現(xiàn)上述摩擦痕跡應(yīng)該是必然現(xiàn)象。將測量尺寸與圖紙進(jìn)行對比，均符合圖紙要求。隨后查閱有關(guān)迷宮密封設(shè)計資料，Ø80～Ø110mm軸采用徑向迷宮液體密封時，迷宮蓋內(nèi)孔與軸的徑向間隙應(yīng)為0.4mm[3]。直徑3在此軸徑尺寸范圍之內(nèi)，直徑3與直徑4間隙選定為0.4mm。隨后查看轉(zhuǎn)子機構(gòu)部件裝配圖，發(fā)現(xiàn)密封圈規(guī)格為Ø100mm×Ø125mm×12mm，與之對應(yīng)的直徑3的基本尺寸應(yīng)為Ø100mm。遂對圖紙進(jìn)行更改：將直徑3尺寸更改為Ø100h7、直徑4尺寸更改為Ø100.8H7。由于轉(zhuǎn)子機構(gòu)工作時，密封蓋與轉(zhuǎn)子軸同時旋轉(zhuǎn)，即密封蓋與轉(zhuǎn)子軸不發(fā)生相對運動，因此密封蓋與轉(zhuǎn)子軸之間的配合間隙在不增加裝配難度的前提下可以適當(dāng)改小一些，將密封蓋內(nèi)孔尺寸更改為Ø85H7。所有涉及到的零件按更改后圖紙尺寸、公差進(jìn)行修整或重新制作，將受熱軟化的密封圈進(jìn)行更換，并更換潤滑脂。
2、軸承蓋安裝時，在軸承蓋與軸承座間增加適當(dāng)厚度的調(diào)整墊，以保證軸承蓋與軸承外圈之間有一定的軸向間隙。此間隙不宜過大，間隙過大則軸承軸向不能很好的被定位，造成軸承軸向竄動，從而影響到設(shè)備的穩(wěn)定；間隙過小或出現(xiàn)上述負(fù)間隙的情況，將會使軸承溫升進(jìn)一步加大。經(jīng)反復(fù)測試，當(dāng)軸承蓋與軸承外圈的軸向間隙控制在0.15mm到0.2mm之間時，溫升效果較理想。此間隙值既能對軸承起到很好的定位作用，又給由軸承受熱引起的軸承外圈軸向形變留有一定余量。
六、測試效果
按上述尺寸、公差修整并按要求裝配轉(zhuǎn)子機構(gòu)后，空運轉(zhuǎn)4小時，轉(zhuǎn)子上軸承位溫度為45°C（溫升為25°C）；另一側(cè)轉(zhuǎn)子上軸承位溫度為47°C（溫升為27°C）。
測試結(jié)果達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。
此后，分別測試2臺轉(zhuǎn)子混砂機：空運轉(zhuǎn)4小時后，上軸承位溫度分別為42°C和48°C、39°C和47°C，溫升分別為22°C和28°C、29°C和27°C。由此可見，轉(zhuǎn)子上軸承位溫升得到了有效控制，證實上述改進(jìn)對策是可行、有效的。
七、結(jié)束語
經(jīng)過上述修整和改進(jìn)，取得了較好的實際效果，使轉(zhuǎn)子混砂機轉(zhuǎn)子機構(gòu)處于良好的運行狀態(tài)，并確定了轉(zhuǎn)子上軸承位處各零件合理的尺寸及公差，同時也反映出生產(chǎn)、設(shè)計中存在的一些問題。
空載試車，并不能代表實際工作狀況。首先，空載試車時間為4小時，而實際生產(chǎn)可能會24小時不間斷負(fù)荷運行；其次，實際生產(chǎn)環(huán)境灰塵會較多，環(huán)境較差，密封不好，必定會影響軸承潤滑及使用壽命；再次，實際生產(chǎn)時應(yīng)注意按規(guī)定時間添加潤滑脂，以保證軸承處于良好的運行環(huán)境和密閉空間，使軸承穩(wěn)定運行并保證使用壽命。
綜上所述，只要能夠認(rèn)真對待、從根本上一一解決生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)的問題，產(chǎn)品質(zhì)量就會一步步得到提升。良好的產(chǎn)品質(zhì)量加上嚴(yán)格的設(shè)備日常維護(hù)規(guī)程，產(chǎn)品就會長久、高效、穩(wěn)定地服務(wù)于生產(chǎn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]GB/T28689-2012，高效轉(zhuǎn)子混砂機技術(shù)條件（S）
[2]徐升，程士順，鄒國軍，陳平.輪轂軸承抱死現(xiàn)象分析與改進(jìn)（J）.《安徽科技》，2011，（07）：46-47
[3]卜炎主編.機械設(shè)計大典（M）.江西科學(xué)技術(shù)出版社，2002.1