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转子混砂机转子轴承位温升大原因的分析及对策

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宋瑞峰

(保定铸机成套设备厂)

  摘 要:转子混砂机转子空载试车过程中,转子上轴承位处温升较大。轴承长期处于高温环境下,将严重影响轴承使用寿命。经过分析找出了造成温升的两个原因,并给出了相应的解决方法,经过修整使转子混砂机转子机构处于良好的运行状况。

  关键词:转子混砂机;转子;温升大

  一、引言

  转子混砂机在1960年后开始用于铸造生产,是铸造生产线砂处理系统中的核心设备之一,转子混砂机运行的稳定性直接关系到整条铸造生产线的运行。转子机构在工作时根据生产要求有时会长时间处于高速旋转状态,因此对转子机构的机械性能和稳定性要求较高。转子混砂机转子轴承位温升较大,可造成转子轴承的使用寿命缩短、轴承抱死损坏,导致砂处理系统停止运行甚至使整条铸造生产线瘫痪,造成严重的经济损失。因此,解决转子混砂机转子轴承位温升较大的问题意义重大。

  二、设备及结构概述

  转子混砂机主要用于大、中型铸造车间混制各种型、芯砂,亦可用于玻璃、陶瓷、耐火材料等行业混制各种粉粒状物料。其主要由转子机构、上围圈、下围圈、卸料门、刮板机构、支腿、传动机构等组成(详见图1)。该设备的工作原理是:低速转动的刮板机构在下围圈内推动混合砂料做径向及切向运动,使型砂前进的同时得到混合;高速转动的转子叶片既对型砂施以冲击力又与刮板机构配合对型砂施以剪切力,使砂料间产生快速扩散和强烈的摩擦,从而达到混砂效果好、质量高的目的。

  此设备中包含两个转子机构,分别安装在上围圈上部的左右两侧。转子电机通过皮带轮、V型带传动带动转子高速旋转。转子上、下部各有一组轴承,使转子可以承受一定的轴向力和径向力。由于在实际生产过程中,上轴承位温升的问题表现比较突出,因此在这里我们着重分析和解决上轴承位温升大的问题。

  转子机构上轴承位结构见图1放大图所示。主要包含密封盖、轴承盖、密封圈轴承座、轴承、转子轴等零部件。工作时,转子轴、密封盖和轴承内圈同时高速旋转。


  三、问题的发生

  根据检验要求及规范,转子机构组装完毕后,转子电机需要接电空载试车。首先用手拨动转子,比较轻松,检查周边无干涉及障碍物后接通电源。空载运转约30分钟后,经红外测温仪检测,转子上轴承位温度已经上升到75.6°C,遂立即切断电源。

  根据规定:“空转4h后,滚动轴承的温升不得超过35°C,最高温度不应高于70°C”[1]。由以上检测得到转子上轴承盖外侧温度为75.6°C(车间温度为20°C)。如果是轴承内部摩擦产生的热量,轴承处温度应高于75.6°C;如果不是轴承内部摩擦引起的温升,内部散热效果应比外部差,轴承处温度也不应低于此温度。因此判断轴承温升及温度均超出国家标准要求。随即对此部分进行拆解,进一步分析温升过大的原因。

  四、原因分析

  在拆卸过程中发现以下造成温升的两个主要原因:

  1、拆下上迷宫盖后,发现上迷宫盖上(与轴承盖重叠处)有一段磨损而且已经发黑的痕迹;随后拆卸轴承盖,同样在轴承盖上(与上迷宫盖重叠处)有一圈磨损且发黑的痕迹。同时,可以看到轴承、迷宫盖、轴承盖内润滑脂已经变黑、密封圈也已软化。根据摩擦痕迹断定,密封盖与轴承盖接触摩擦产生了大量的热能,从而导致此处温升过高。

  2、在拆卸轴承盖时,注意到轴承盖与轴承座之间安装时没有加调整垫,轴承盖紧紧压住轴承外圈。如果轴承外圈受热必然产生形变,而轴承盖限制了轴承外圈的轴向形变,因此轴承的形变趋向于径向形变。径向变形将会导致轴承外圈与轴承滚子之间的摩擦力增大,从而导致轴承温度进一步升高[2]

  五、对策

  针对以上两个温升的主要原因,按如下方法校验并给出相应的对策:

  1、经测量,转子轴轴径(以下简称直径1)尺寸为Ø85-0.05mm、密封盖内孔直径(以下简称直径2)尺寸为Ø85+0.25mm、密封盖(与轴承盖内孔重合处)外圆直径(以下简称直径3)尺寸为Ø102-0.1mm、轴承盖内孔直径(以下简称直径4)尺寸为Ø102+0.1mm。由以上测量数据分析,直径1与直径2间隙为0.3mm,而直径3与直径4间隙为0.2mm,即转子轴与密封盖的间隙大于密封盖与轴承盖的间隙。理论上判断,密封盖与轴承盖内孔有接触,因此出现上述摩擦痕迹应该是必然现象。将测量尺寸与图纸进行对比,均符合图纸要求。随后查阅有关迷宫密封设计资料,Ø80~Ø110mm轴采用径向迷宫液体密封时,迷宫盖内孔与轴的径向间隙应为0.4mm[3]。直径3在此轴径尺寸范围之内,直径3与直径4间隙选定为0.4mm。随后查看转子机构部件装配图,发现密封圈规格为Ø100mm×Ø125mm×12mm,与之对应的直径3的基本尺寸应为Ø100mm。遂对图纸进行更改:将直径3尺寸更改为Ø100h7、直径4尺寸更改为Ø100.8H7。由于转子机构工作时,密封盖与转子轴同时旋转,即密封盖与转子轴不发生相对运动,因此密封盖与转子轴之间的配合间隙在不增加装配难度的前提下可以适当改小一些,将密封盖内孔尺寸更改为Ø85H7。所有涉及到的零件按更改后图纸尺寸、公差进行修整或重新制作,将受热软化的密封圈进行更换,并更换润滑脂。

  2、轴承盖安装时,在轴承盖与轴承座间增加适当厚度的调整垫,以保证轴承盖与轴承外圈之间有一定的轴向间隙。此间隙不宜过大,间隙过大则轴承轴向不能很好的被定位,造成轴承轴向窜动,从而影响到设备的稳定;间隙过小或出现上述负间隙的情况,将会使轴承温升进一步加大。经反复测试,当轴承盖与轴承外圈的轴向间隙控制在0.15mm到0.2mm之间时,温升效果较理想。此间隙值既能对轴承起到很好的定位作用,又给由轴承受热引起的轴承外圈轴向形变留有一定余量。

  六、测试效果

  按上述尺寸、公差修整并按要求装配转子机构后,空运转4小时,转子上轴承位温度为45°C(温升为25°C);另一侧转子上轴承位温度为47°C(温升为27°C)。

  测试结果达到国家标准要求。

  此后,分别测试2台转子混砂机:空运转4小时后,上轴承位温度分别为42°C和48°C、39°C和47°C,温升分别为22°C和28°C、29°C和27°C。由此可见,转子上轴承位温升得到了有效控制,证实上述改进对策是可行、有效的。

  七、结束语

  经过上述修整和改进,取得了较好的实际效果,使转子混砂机转子机构处于良好的运行状态,并确定了转子上轴承位处各零件合理的尺寸及公差,同时也反映出生产、设计中存在的一些问题。

  空载试车,并不能代表实际工作状况。首先,空载试车时间为4小时,而实际生产可能会24小时不间断负荷运行;其次,实际生产环境灰尘会较多,环境较差,密封不好,必定会影响轴承润滑及使用寿命;再次,实际生产时应注意按规定时间添加润滑脂,以保证轴承处于良好的运行环境和密闭空间,使轴承稳定运行并保证使用寿命。

  综上所述,只要能够认真对待、从根本上一一解决生产中发现的问题,产品质量就会一步步得到提升。良好的产品质量加上严格的设备日常维护规程,产品就会长久、高效、稳定地服务于生产。

  参考文献:

  [1]GB/T28689-2012,高效转子混砂机技术条件(S)

  [2]徐升,程士顺,邹国军,陈平.轮毂轴承抱死现象分析与改进(J).《安徽科技》,2011,(07):46-47

  [3]卜炎主编.机械设计大典(M).江西科学技术出版社,2002.1