胡子林++李曉燕+張賀

摘 要：大型球磨機主軸承銅合金軸瓦是其關(guān)鍵零件，軸瓦燒瓦后的維修就成了選礦廠的重大技術(shù)問題。銅合金軸瓦硬度大承載能力強，軸瓦燒瓦后變形量大，在使用前必須研瓦，保證中空軸與軸瓦之間有良好潤滑油膜存在。利用ANSYS對軸承油膜進行有限元分析，得到軸瓦受力范圍，確定研瓦區(qū)間，保證銅合金軸瓦維修快速準確。

關(guān)鍵詞：銅合金軸瓦；有限元方法；研瓦

引言

大型磨機軸承為滑動軸承靜壓潤滑，是關(guān)系磨機運轉(zhuǎn)好壞的一個重要因素。大型磨機軸承主要由銅瓦、腰鼓型軸承襯體、鞍形座等組成。如果軸承的銅瓦出現(xiàn)燒瓦事故，整個磨機都將無法運行，這會給企業(yè)帶來極大的經(jīng)濟損失。如何能快速準確地處理大型磨機軸承銅瓦燒瓦事故，把企業(yè)經(jīng)濟損失降到最低。本文介紹了采用有限元法，快速準確確定銅瓦承載區(qū)域，成功修復(fù)某企業(yè)Ф5.5×9.5m溢流型球磨機軸承銅瓦燒瓦事故。

1 銅瓦燒瓦情況介紹

某企業(yè)Ф5.5×9.5m溢流型球磨機現(xiàn)場燒瓦情況見圖1，圖1為球磨機固定端（出料端）主軸承軸瓦，圖上燒瓦嚴重的位置為靠近端蓋一側(cè)。同時瓦口也有燒瓦情況，這說明瓦在高溫作用下發(fā)生了變形。

在瓦口處的變形非常嚴重，瓦與襯體之間的最大縫隙8mm。此磨機軸承銅瓦燒瓦后變形嚴重，如何修復(fù)到燒瓦之前良好的潤滑效果，成了一個巨大工程。燒瓦修復(fù)時要將瓦面與中空軸，瓦面與瓦背進行處理，使瓦面與中空軸、瓦背與瓦襯體的接觸良好，保證瓦受載荷時不變形，保壓效果好。中空軸與瓦之間才會有良好的潤滑，未來設(shè)備在運行時，才不會再次出現(xiàn)磨機燒瓦事故。

2 利用有限元法確定研瓦區(qū)域

2.1 有限元模型

建立有限元模型，油膜是由磨機靜壓油站作用，在軸頸和軸瓦之間形成的，具有一定厚度和壓力的潤滑油。這些潤滑油可以為運行的磨機提供良好的潤滑。

2.2 劃分油膜網(wǎng)格與施加約束[1][2][3]

ANSYS中FLOTRAN CFD提供了兩種單元，二維FLUID141 單元和三維FLUID142單元。本文采用的是三維FLUID142六面體八節(jié)點單元。六面體單元具有一定的抗畸變能力，變形特性好，計算精度高等優(yōu)點。采用映射網(wǎng)格法，把油膜分成規(guī)整的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。并在劃分好的有限元模型上施加約束和載荷：油膜油腔范圍內(nèi)所有節(jié)點壓力P=7MPa；軸承出口油膜斷面上所有節(jié)點壓力P=0；油膜與軸瓦接觸表面上所有節(jié)點的速度Vx=Vy=Vz=0；油膜與軸頸接觸表面上所有節(jié)點的速度Vx=Vy=0，Vz=wR1；施加約束和載荷后有限元模型如圖2所示。

圖3（油膜壓力分布云圖）為滿足Ф5.5×9.5m溢流型球磨機軸瓦最大負載時油膜壓力分布云圖，油膜壓力分布即為軸瓦所受壓力載荷分布。軸瓦上油膜分布云圖深藍色區(qū)域壓力為零，這個區(qū)域在研瓦時只需保證瓦面與中空軸的接觸良好；而瓦背研瓦時只需保證有油壓的區(qū)域內(nèi)，瓦背與軸瓦襯體之間接觸良好。

3 研瓦

研磨瓦背，研磨時，在瓦背上涂紅丹檢查瓦背和軸承襯體的接觸率，接觸面上的接觸點數(shù)為在每25×25mm2面積上不應(yīng)少于2-3個點。根據(jù)有限元分析結(jié)果，研磨瓦背，使瓦背與軸瓦襯體之間的受力區(qū)域達到前述研瓦要求。保證瓦受力時，瓦不變形。

研磨瓦面，研磨時，在瓦面上涂紅丹檢查瓦面和中空軸的接觸率，接觸面上的接觸點數(shù)為在每25×25mm2面積上不應(yīng)少于2-3個點。根據(jù)有限元分析結(jié)果，研磨瓦面，使瓦面與中空軸之間的受力區(qū)域達到前述研瓦要求。保證瓦受力時，瓦不變形。研好后的瓦安裝到軸承襯體上，放回到主軸承中接好油管開啟靜壓油站檢查筒體浮起量（即油膜厚度）。筒體最小浮起量要大于0.2mm。用磨機慢速傳動裝置轉(zhuǎn)動筒體，在圓周方向上檢測4個點的筒體浮起量（油膜厚度）都在0.29mm左右，符合磨機運行條件。

4 結(jié)束語

運用有限元方法計算Ф5.5×9.5m溢流型球磨機主軸承油膜壓力分布，確定主軸承軸瓦受力分布。根據(jù)主軸承軸瓦受力分布情況，確定研瓦工作區(qū)域，準確快速修復(fù)Ф5.5×9.5m溢流型球磨機主軸承銅合金軸瓦。大型磨機銅合金軸瓦的成功修復(fù)，為大型磨機使用企業(yè)提供了寶貴的維護經(jīng)驗。有限元方法不僅可以為大型磨機設(shè)計提供理論依據(jù)，同時也可以為大型磨機維修提供理論依據(jù)。

參考文獻

[1]鄧凡平.ANSYS10.0有限元分析自學手冊[M].人民郵電出版社，2007（1）.

[2]杜平安.有限元網(wǎng)格劃分的基本原則[J].機械設(shè)計與制造，2002（2）.

[3]劉剛.大型球磨機靜壓軸承CAE技術(shù)應(yīng)用研究[D].吉林大學，2007.

*通訊作者：胡子林