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        固體鑲嵌自潤滑軸承在井下無軌設(shè)備上的應(yīng)用

        2014-04-29 00:00:00尹春偉董金波焦志強(qiáng)鄒軍棟
        基層建設(shè) 2014年21期

        摘要:在各種井下無軌設(shè)備相應(yīng)機(jī)構(gòu)中,在保持原系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式不變的情況下,將原來的薄壁軸套改造成鋼銅固體鑲嵌自潤滑軸承,提高設(shè)備的自潤滑能力,改善設(shè)備的潤滑條件,延長各連接銷軸的使用壽命。

        關(guān)鍵詞:軸套;固體鑲嵌;軸承

        一、固體鑲嵌自潤滑軸承簡介

        固體鑲嵌自潤滑軸承是滑動軸承的一種,屬于非完全流體潤滑軸承,由金屬基體與嵌入基體孔中的固體潤滑劑構(gòu)成。嵌入的固體潤滑劑包括石墨,硫化物,硒化物,碲化物,碳化硼,氧化鋁,氟化鈣,合成樹脂,聚四氟乙烯等。

        它的主要特點(diǎn)有:

        可靠性高。在有油,或無油環(huán)境中,均能保持良好的潤滑效果,可以避免膠合,抱軸現(xiàn)象的發(fā)生。

        摩擦系數(shù)低,一般為0.04-0.1.

        特別適用于不能(或者不易)形成油膜或油膜容易破壞的特殊工況。如高溫,粉塵污染,涉水等。

        機(jī)械強(qiáng)度高,如高強(qiáng)度黃銅基材可以達(dá)到1000㎏/cm2,摩擦系數(shù)為0.05.使用溫度可以達(dá)到700℃。

        適用于低速重載環(huán)境,結(jié)構(gòu)簡單,維護(hù)管理方便,無需定期加油,,壽命長,一般為普通滑動軸承的5-10倍。

        二、項(xiàng)目簡介

        山東黃金集團(tuán)所屬焦家金礦井下無軌設(shè)備多為進(jìn)口設(shè)備,其價格昂貴。承擔(dān)井下礦巖裝運(yùn)任務(wù)的鏟運(yùn)機(jī)是生產(chǎn)組織上的關(guān)鍵設(shè)備,其結(jié)構(gòu)采用中央鉸接轉(zhuǎn)向,工作機(jī)構(gòu)是由液壓油缸驅(qū)動鏟斗和大臂的動作來完成裝載和卸載任務(wù),其動作是為周期性動作。大臂和鏟斗及各個油缸通過銷軸相連,在各軸孔中安裝有薄壁銅套,軸套與銷軸之間發(fā)生相對的運(yùn)動,軸套和銷軸磨損后更換軸套或銷軸即可。要求每班次加注一次鋰基潤滑脂來保證潤滑。

        大臂及鏟斗連接結(jié)構(gòu):(如圖一)

        在各個銷軸連接點(diǎn)當(dāng)中,由于動臂前軸位置較低,井下特殊環(huán)境造成長時間涉水,在重載情況下頻繁的周期性運(yùn)動,每班加注的油脂很快被水沖刷消失,造成摩擦副的干摩擦,磨損最為嚴(yán)重。再加上軸套壁厚較薄,需要經(jīng)常更換軸套和銷軸。在使用檢查過程中稍有不慎,更換不及時,極易造成大臂和鏟斗主體結(jié)構(gòu)的損壞。造成較大損失。

        大臂及前軸結(jié)構(gòu)(如圖二)

        而更換這些軸套所需工時長,消耗大量人力物力,造成設(shè)備長時間停機(jī),降低了設(shè)備完好率,增了設(shè)備運(yùn)行成本消耗,影響設(shè)備的正常運(yùn)行,嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常組織。

        根據(jù)設(shè)備2013年和2014年動臂前軸的使用維修情況所做的軸套維修時間統(tǒng)計表:

        表一

        車號

        設(shè)備型號

        部位

        維修周期

        使用時間(小時)

        2

        Atlascopco"ST3.5"鏟運(yùn)機(jī)

        動臂前軸套

        11.24-12.5

        145

        6

        Atlascopco"ST3.5"鏟運(yùn)機(jī)

        動臂前軸套

        11.26-12.9

        168

        7

        Atlascopco"ST3.5"鏟運(yùn)機(jī)

        動臂前軸套

        12.10-12.21

        160

        15

        Atlascopco"ST3.5"鏟運(yùn)機(jī)

        動臂前軸套

        12.26-1.10

        195

        平均使用時間

        167

        三、解決方案的確定

        延長大臂和鏟斗連接銷軸的壽命可以有如下幾種方案:

        1、通過改變熱處理方法提高軸套和銷軸的硬度。軸套一般采用ZCuSn5Pb5Zn5、ZcuSn10P1、ZcuAl10Fe3加工,加工完成后為了保證加工的精度和減少熱變形一般不進(jìn)行熱處理,軸套的表面硬度和承載能力完全由軸套所使用的材質(zhì)決定。銷軸一般采用"45#鋼加工,通過表面淬火或調(diào)質(zhì)處理可以提高其本身的硬度。但是單一的提高銷軸的硬度會加速軸套的磨損,所以此方法不可行。

        2、增加潤滑。一是加裝自動潤滑設(shè)備,改善潤滑條件。但是自動潤滑設(shè)備價格高昂,短時間無法實(shí)現(xiàn),根據(jù)兄弟礦山的使用情況來看,該設(shè)備對于油脂的潔凈程度要求較高。二是每班多次注油,這也不是解決問題的最佳方案。所以增加潤滑設(shè)備或增加軸套材質(zhì)和壁厚也不是理想的解決方案。

        3、提高設(shè)備本身的自潤滑能力,這就可以考慮將軸套改造成自潤滑鑲嵌軸承,使用固體作為潤滑劑,摩擦表面上形成潤滑良好、大幅度降低了摩擦磨損,保證了長期運(yùn)行時對摩擦副的良好潤滑,大幅減小了軸套的磨損,所以將軸套改造成固體鑲嵌自潤滑軸承的方案應(yīng)該是可行的。

        四、固體鑲嵌自潤滑軸承的確定

        固體鑲嵌自潤滑軸承是滑動軸承的一種,它和軸套屬于同一類型的軸承。適用于避免污染不能加油或封閉性結(jié)構(gòu)不方便加油的場合;往復(fù)、擺動運(yùn)動、頻繁起動、制動,重載低速運(yùn)轉(zhuǎn)的場合。大臂銷軸屬于重載周期性往復(fù)運(yùn)動,運(yùn)行工況與固體鑲嵌自潤滑軸承的使用工況相符。

        鋼銅鑲嵌軸承是銅基鑲嵌自潤滑軸承的一種再發(fā)展形式,是以高強(qiáng)度鋼為基體,在基體內(nèi)表面離心澆筑銅層后,再嵌入具有自潤滑性能的固體潤滑體而制成的自潤滑軸承。除具有普通銅基固體鑲嵌自潤滑軸承的所有優(yōu)點(diǎn)外,還具有節(jié)省成本,提高抗壓強(qiáng)度,端面可以與基體焊接安裝使用等優(yōu)點(diǎn)。

        該軸承在摩擦過程中,鋼基材承擔(dān)了絕大部分沖擊負(fù)荷。鑲嵌在孔中的固體潤滑體在摩擦的作用下向摩擦面轉(zhuǎn)移或反轉(zhuǎn)移,在摩擦面上形成牢固附著并均勻覆蓋的固體轉(zhuǎn)移膜,大幅度降低了磨損。隨摩擦的進(jìn)行,嵌入的固體潤滑體不斷提供于摩擦面,保證了長期運(yùn)行時對摩擦副的良好潤滑,該軸承突破了一般軸承依靠油膜潤滑的界限性,具有承載能力高,耐沖擊,摩擦系數(shù)小、自潤滑性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),特別適用于重載,低速,往復(fù)或擺動等難以潤滑和形成油膜的場合,也不怕水的沖刷。而且,不會大幅提高備件成本,易于與機(jī)體安裝,可以隨時進(jìn)行焊接加固,便于維修,使用壽命長。特別適用于井下惡劣的環(huán)境。

        鋼銅鑲嵌自潤滑軸承的基本性能:

        基體材質(zhì):鋼"+""CuSn6Zn6Pb3

        基體硬度:HB60~90

        最高使用溫度:300℃

        極限動載荷:70N/mm2

        摩擦系數(shù):μ"<0.16

        最高滑動速度:干2m/s"""油10m/s

        這樣從根本上解決了設(shè)備關(guān)鍵部位的潤滑問題。所以,將軸套改造成鋼銅鑲嵌自潤滑軸承的方案是可行的。

        五、應(yīng)用結(jié)果及產(chǎn)生效益

        通過試驗(yàn)比對,對上述4臺設(shè)備進(jìn)行了技改,大臂及涉水軸套采用了固體鑲嵌自潤滑軸承,在使用了一個周期后效果明顯,工人勞動強(qiáng)度大大降低,備件使用時間明顯增加,降低成本消耗,應(yīng)用效果見下表:

        車號

        設(shè)備型號

        部位

        維修周期

        使用時間(小時)

        2

        Atlascopco"ST3.5"鏟運(yùn)機(jī)

        動臂前軸套

        1.4-2.5

        575

        6

        Atlascopco"ST3.5"鏟運(yùn)機(jī)

        動臂前軸套

        1.6-2.29

        623

        7

        Atlascopco"ST3.5"鏟運(yùn)機(jī)

        動臂前軸套

        2.1-3.2

        542

        15

        Atlascopco"ST3.5"鏟運(yùn)機(jī)

        動臂前軸套

        2.6-3.20

        633

        平均使用時間

        593

        通過上表可以看出軸套更換后平均使用時間是原來的3.5倍,每年度節(jié)省維修費(fèi)用19.5萬元,平均每臺設(shè)備減少停機(jī)時間148小時,減少的停機(jī)時間產(chǎn)生間接效益280萬元。

        固體鑲嵌自潤滑軸承

        在井下無軌設(shè)備上的應(yīng)用效益分析

        現(xiàn)焦家金礦已對焦家礦區(qū)的4臺阿特拉斯ST3.5鏟運(yùn)機(jī),進(jìn)行了固體鑲嵌自潤滑軸承改造,經(jīng)濟(jì)效益分析如下:

        1.改造前每年度每臺車平均每167小時更換一次,每次費(fèi)用1380元,停機(jī)時間32小時;改造后平均593小時更換一次,每次費(fèi)用780元,平均每年度每臺車按工作6000小時,車輛總臺數(shù)14臺計算:

        (6000/167*780-6000/593*1380)*14=195072元

        2.減少停機(jī)時間:

        (6000/167-6000/593)*32=1257小時

        間接經(jīng)濟(jì)效益

        根據(jù)日歷時間按每小時鏟運(yùn)礦石5.94噸,每噸礦石品位1.5克,每克黃金250元計算,可產(chǎn)生間接效益:

        5.94*1257*1.5*250=2800000元

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