閆炳雷 YAN Bing-lei；臧彤 ZANG Tong；文斌 WEN Bin

（三一重型裝備有限公司，沈陽(yáng) 110027）

（Sanyi Heavy Equipment Co.，Ltd.，Shenyang 110027，China）

0 引言

軸承作為采煤機(jī)行走部的關(guān)鍵部件之一，主要作用是承載機(jī)身重量和為行走部的運(yùn)動(dòng)提供精確的引導(dǎo)，保證軸的旋轉(zhuǎn)精度，減少軸與支承之間的摩擦和磨損。滑動(dòng)軸承一般應(yīng)用在低速重載工況或是維護(hù)保養(yǎng)及加注潤(rùn)滑油困難的運(yùn)轉(zhuǎn)部位。公司某型號(hào)采煤機(jī)產(chǎn)品中，行走輪軸承采用滑動(dòng)軸承，使用過(guò)程中出現(xiàn)了多次損壞的現(xiàn)象?，F(xiàn)對(duì)軸承進(jìn)行仿真分析，以分析問(wèn)題產(chǎn)生的原因及相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 滑動(dòng)軸承

滑動(dòng)軸承工作在滑動(dòng)摩擦的狀態(tài)下，接觸部位是一個(gè)面，工作平穩(wěn)、可靠、無(wú)噪聲，在液體潤(rùn)滑條件下，滑動(dòng)表面被潤(rùn)滑油分開(kāi)而不發(fā)生直接接觸，減小了摩擦和表面磨損。此外，油膜還具有一定的吸振能力。但起動(dòng)摩擦阻力大，因磨損而造成間隙后無(wú)法調(diào)整。

2 滑動(dòng)軸承特點(diǎn)

①能承載一定的載荷，具有一定的強(qiáng)度和剛度；②具有小的摩擦力矩，回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng)靈活；③具有一定的支承精度，保證被支撐件的回轉(zhuǎn)精度。

3 滑動(dòng)軸承有限元分析過(guò)程

3.1 Pro/E實(shí)體建模 在Pro/E中建立滑動(dòng)軸承三維模型，軸承潤(rùn)滑形式為自潤(rùn)滑，為了后面便于施加約束，將與軸承連接的輪軸一起進(jìn)行簡(jiǎn)化分析，如圖1所示。

3.2 網(wǎng)格劃分 將模型導(dǎo)入到ANSYS Workbench中進(jìn)行分析。因?yàn)槟Ｐ洼^為規(guī)則，故選用掃略方法進(jìn)行網(wǎng)格劃分。單元類(lèi)型選用默認(rèn)的六面體實(shí)體單元Solid186，單元大小通過(guò)設(shè)置邊的劃分?jǐn)?shù)目進(jìn)行調(diào)整。彈性模量取200GPa，泊松比值取0.3。劃分網(wǎng)格后，節(jié)點(diǎn)數(shù)為143312，單元數(shù)為32451。如圖2所示。

圖1 滑動(dòng)軸承與輪軸的三維模型

3.3 滑動(dòng)軸承的約束與加載 已知該型號(hào)采煤機(jī)整機(jī)重量為27T，由四個(gè)滑靴支撐，每個(gè)滑靴承受的載荷為27T/4=6.75T整機(jī)載荷依次通過(guò)行走輪、軸承、銷(xiāo)軌輪軸傳遞到滑靴上。因此每個(gè)滑動(dòng)軸承承受的載荷也為6.75T。在滑動(dòng)軸承的一個(gè)半圓柱面上，施加大小為67500N，方向豎直向下的力?；瑒?dòng)軸承與銷(xiāo)軌輪軸通過(guò)輪軸螺釘固定在滑靴上，因此在軸承與螺釘接觸的地方施加固定約束。如圖3所示。

圖2 滑動(dòng)軸承與輪軸的網(wǎng)格模型

圖3 滑動(dòng)軸承與輪軸的約束與加載

3.4 滑動(dòng)軸承的結(jié)果分析 利用軟件的后處理功能，得到滑動(dòng)軸承的應(yīng)力云圖與變形云圖，如圖4、圖5所示。

圖4 滑動(dòng)軸承應(yīng)力云圖

圖5 滑動(dòng)軸承位移云圖

由軸承的等效應(yīng)力云圖可知，應(yīng)力較大區(qū)域出現(xiàn)在滑動(dòng)軸承以及潤(rùn)滑槽的邊沿處，由于結(jié)構(gòu)的突變產(chǎn)生應(yīng)力集中。除此之外，其余部位的應(yīng)力值均在16MPa以下?；瑒?dòng)軸承采用的材料為GCr15，屈服極限為518.42MPa。可見(jiàn)，滑動(dòng)軸承完全滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。

由位移云圖可知，最大位移為3.5um，出現(xiàn)在滑動(dòng)軸承的兩側(cè)，滑動(dòng)軸承的上部與下部由于有輪軸的支撐，變形較小。由于輪軸與滑靴連接，滑動(dòng)軸承繞輪軸旋轉(zhuǎn)，在工作中的受力部位不斷發(fā)生變化，因此滑動(dòng)軸承上每一處的變形也在發(fā)生著變化。

3.5 損壞原因分析 滑動(dòng)軸承主要承受徑向載荷，但從仿真分析結(jié)果來(lái)看，徑向力并不是造成軸承損壞的主要原因。從現(xiàn)場(chǎng)圖片（如圖6）觀察，大部分損壞軸承都有較為嚴(yán)重的磨損，因此判斷軸承損壞的主要原因是潤(rùn)滑不暢。

圖6 滑動(dòng)軸承損壞圖片

對(duì)滑動(dòng)軸承而言，軸承與旋轉(zhuǎn)軸之間處于低速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，軸承不僅支撐旋轉(zhuǎn)軸，同時(shí)需要承受作用在軸上的載荷，由于軸承整體受力不均，在不同部位有著不同的應(yīng)力，軸承與輪軸接觸處存在應(yīng)力集中，隨著各工況下的低速旋轉(zhuǎn)或突然的加速減速，都會(huì)造成應(yīng)力集中部位發(fā)生材料的疲勞破壞或者強(qiáng)度破壞，導(dǎo)致軸承發(fā)生故障。

由于煤礦生產(chǎn)環(huán)境惡劣，粉塵多，工況苛刻，且采煤機(jī)機(jī)身較重，若密封不良或潤(rùn)滑油有雜質(zhì)，都將會(huì)導(dǎo)致軸承在旋轉(zhuǎn)時(shí)與輪軸直接接觸，造成磨損破壞或者形成疲勞點(diǎn)蝕。

4 結(jié)論

煤礦環(huán)境對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)的封閉性要求嚴(yán)格，應(yīng)保證潤(rùn)滑油的純度，使油膜的厚度滿(mǎn)足要求?；瑒?dòng)軸承若不能及時(shí)供油，則會(huì)造成軸承卡死的現(xiàn)象，磨損加劇。當(dāng)發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)阻力過(guò)大時(shí)，應(yīng)及時(shí)停機(jī)，檢查原因并排除故障。另外可以采用滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)，起動(dòng)性能好，摩擦阻力小且潤(rùn)滑方便。

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