周桂祥

（大冶有色金屬集團(tuán)控股有限公司銅山口銅礦機(jī)動能源科，湖北 黃石 435000）

大冶有色金屬有限責(zé)任公司銅山口銅礦年處理礦石132萬t左右，粗碎設(shè)備是原沈陽重型機(jī)器廠20世紀(jì)80年代制造生產(chǎn)的1200×1500簡擺顎式破碎機(jī)，其稀油潤滑站是自行設(shè)計(jì)制造的產(chǎn)品，供油可靠性較低，保護(hù)功能單一，油箱設(shè)計(jì)、潤滑油的過濾、單向閥的安裝位置及管道敷設(shè)等較不合理，有必要對稀油站進(jìn)行系統(tǒng)考慮做技術(shù)升級改造的工作。

1 稀油集中潤滑站介紹

工作原理：工作時油液由齒輪泵從油箱吸出，經(jīng)油濾器、單向閥、風(fēng)冷卻器，分配閥被直接送到各軸承潤滑點(diǎn)。

潤滑油是在油泵作用下從油箱送到各潤滑點(diǎn)，又回到油箱。油可以循環(huán)使用，因此，可以供很多的潤滑油而損耗極少。由于供油充足，油還可以帶走熱量，冷卻效果較好。同時，可根據(jù)各軸承潤滑點(diǎn)的要求，通過調(diào)節(jié)安全閥來確定系統(tǒng)供油壓力。因此，稀油站廣泛應(yīng)用于大型、重型、高速、精密和自動化的各種機(jī)械設(shè)備中。

稀油集中潤滑站有兩種循環(huán)形式，一種是通過潤滑泵直接將油箱中的油送到各潤滑部位，然后靠重力作用使油返回油箱中。這種系統(tǒng)較簡單，但當(dāng)泵一旦出現(xiàn)故障時，就立即終止供油。另一種是采用高位油箱利用重力作用將油送到各潤滑部位，供油量通過調(diào)節(jié)閥控制。潤滑泵將油送到高位油箱，用油標(biāo)觀察供油情況，不斷補(bǔ)充油量。這種循環(huán)系統(tǒng)在泵停止工作后，依靠高位油箱，潤滑不至于立即中斷。但高位油箱保持穩(wěn)定油位較難控制。銅山口礦顎式破碎機(jī)的稀油站采用的是上述的第一種循環(huán)方式。

同時，主流的稀油潤滑站應(yīng)具備潤滑、冷卻、過濾、報(bào)警、自控等功能。

2 原稀油潤滑站存在主要問題

（1）原潤滑站保護(hù)功能單一，僅依靠電接點(diǎn)壓力表提供壓力保護(hù)。無溫度、流量、液位、濾芯堵塞等關(guān)鍵參數(shù)保護(hù)。

（2）壓力、溫度、液位等關(guān)鍵參數(shù)只能就地人工測取或者估計(jì)，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時監(jiān)視，操作工人勞動強(qiáng)度較大。

（3）稀油集中潤滑站的油箱體積過小。油箱容量設(shè)計(jì)除了要考慮設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時所必需儲存的油量外，還必須留有一定的預(yù)備裕度。同時為了將油中所含雜質(zhì)和水分沉淀下來并消除泡沫，須讓循環(huán)油停留在油箱內(nèi)一定時間（查設(shè)計(jì)手冊為20～60min）。油箱容積計(jì)算過程如下：

稀油集中潤滑系統(tǒng)油箱容量V1=4×Q泵t/3000（V油箱容積m3，Q泵額定流量L/min，t油停留在油箱內(nèi)時間min）。

V1=4×63×20/3000=1.68m3（此處取停留時間20min）

原油箱長1.3m×寬0.85m×高0.8m=0.884m3，嚴(yán)重不符合要求。

（4）潤滑油無強(qiáng)制冷卻裝置，不能確保良好的潤滑效果。

（5）原潤滑站油泵及電機(jī)采用低位臥式安裝。泵吸油口與潤滑油箱間用鋼管硬連接。需更換的齒輪泵安裝尺寸因廠家不同而有所不同，安裝時，會對相關(guān)管路及附件的密封性能產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。

3 改造主要思路

因原稀油站油箱容積過小，舊油箱利用價值不高，故決定拆除原供油系統(tǒng)，重新設(shè)計(jì)安裝新供油系統(tǒng)。改造工作關(guān)鍵點(diǎn)如下：

（1）新油箱尺寸：長1.8m×寬1.2m×高0.95m=2.05m3。

（2）齒輪泵及電機(jī)采用立式安裝的方式，安裝在油箱頂部，避免管路及附件的泄漏。

（3）潤滑油采用節(jié)流閥分配給各潤滑點(diǎn)，確保各潤滑點(diǎn)油量不過剩，不虧欠。

（4）潤滑油采用風(fēng)冷卻器進(jìn)行降溫，確保潤滑效果。

（5）增加流量、溫度、液位、濾芯堵塞等保護(hù)功能，并將相關(guān)電氣開關(guān)信號傳輸給后臺控制系統(tǒng)進(jìn)行集中控制。

（6）供油管路中安裝過濾精度為60um的濾清器，以此延長軸瓦及潤滑油的使用壽命。同時，濾清器濾芯堵塞指示的壓力值設(shè)定為1.2bar，旁路閥壓力設(shè)定值1.5bar。

（7）油箱回油口處安裝帶磁棒的不銹鋼回油濾網(wǎng)，用來回收金屬屑。濾網(wǎng)孔徑0.65mm。

（8）回油管坡度保證在10%以上，盡可能短直，減少彎頭及水平高度的變化。采用橡膠油管，使油管均勻傾斜且盡可能繞過障礙物而不是越過以避免出現(xiàn)氣阻。

（9）油箱上表面安裝空氣過濾器（呼吸器）來平衡油箱內(nèi)外氣壓平衡。

現(xiàn)重點(diǎn)介紹各軸承供油的節(jié)流閥流量值的設(shè)定及潤滑系統(tǒng)風(fēng)冷卻器選型安裝的注意事項(xiàng)。

4 破碎機(jī)支承滑動軸承供油量大小的計(jì)算

滑動軸承按其承載能力形成的機(jī)理可分為三類：流體動壓滑動軸承、流體靜壓滑動軸承、流體動靜壓滑動軸承。銅山口礦破碎機(jī)支承的滑動軸承屬于流體動壓軸承。根據(jù)流體動壓滑動軸承相關(guān)參數(shù)來確定潤滑油量，即通過節(jié)流閥的流量，對稀油站潤滑系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的設(shè)定十分重要。相關(guān)參數(shù)收集及計(jì)算過程介紹如下：

（1）破碎機(jī)支承滑動軸承幾何參數(shù)：主軸承直徑D=470+0.120mm，寬度B=660mm，主軸φ=470-0.255-0.105mm。則寬徑比B=660mm/470mm≈1.4。軸承瓦材質(zhì)：P6sn16-16-1.8。

（2）滑動軸承工況參數(shù)：偏心主軸轉(zhuǎn)速=135r/min。

求得軸頸滑動速度V=πdn=3.14×0.47×135/60≈3.32m/s。角速度ω=2πn/60=2×3.14×135/60=14.13rad/s。

（3）支承滑動軸承承受載荷情況，主要承受皮帶輪、飛輪、偏心軸、連桿等載荷，將其簡化后如示意圖1所示。

圖1 顎式破碎機(jī)支撐載荷示意圖

列方程式如下：Fa+Fb=G1+G2+G3

求得Fa=Fb=133.26kN

則 主 軸 承 平 均 壓 強(qiáng)Pm=F/BD=133.26×103/（0.47×0.66）≈0.43Mpa=43N/cm2。

（4）其他參數(shù)計(jì)算情況，由主軸頸滑動速度3.32m/s，主軸直徑d=470mm，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第三冊第21篇21～24頁表21.2-24，查得主軸與軸瓦平均相對間隙Ψm=1.32‰。

根據(jù)c=ΨmD/2進(jìn)一步得出半徑間隙

現(xiàn)用潤滑油型號：46#機(jī)械油，進(jìn)油油溫控制在40℃，工作有效油溫取50℃。從吳曉鈴主編《潤滑設(shè)計(jì)手冊》530頁附錄2齒輪油常用黏度等級的換算可知，50℃時該潤滑油運(yùn)動黏度ηe=0.032Pa·s，或者ηe=（0.032/9.80665）×10-3=32.6×10-7N×S/cm2。

軸承載荷數(shù)F=PmΨm2/（ηen）=0.43×106×0.001322/（0.032×135/60）=10.41。

偏心率ε，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第三冊第21篇21～16頁21.2-3表查得ε=0.63。

軸承徑向承載能力系數(shù)Cp=2PmΨm2/ηe×ω

承載區(qū)端泄流量數(shù)qE1，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第三冊第21篇21～18頁21.2-8圖查得qE1=0.053。

承載區(qū)端泄流量qE1=qE1×Ψm×n×BD2

=0.053×0.00132×2.25×0.66×0.472=0.02×10-3m3/s。

軸承瓦供油槽長度la=0.7×660mm=462mm，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊。

供油槽寬度b=0.3D=0.3×470mm=141mm，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊。

修正參數(shù)A=1.188+1.582(la/B)-2.585(la/B)2+5.563(la/B)3=2.9369。

非承載區(qū)理論端泄流量數(shù)qE2,

末端進(jìn)入軸承的潤滑油壓力選擇Ps=0.05MPa進(jìn)行計(jì)算。

非承載區(qū)理論端泄流量：qE2= qE2Ψm3D3Ps/ηe

總 流 量：qE=qE1+qE2=0.020×10-3m3/s+0.37×10-3m3/s=0.39×10-3m3/s即23.4L/min。

通過上述計(jì)算，確定通過單個主軸承的潤滑流量應(yīng)控制為23.4L/min。

校核最小油膜厚度是否符合設(shè)計(jì)要求。

計(jì)算最小油膜厚度h2=c×(1-ε)

根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第三冊第21篇21～25頁21.2-5表查得最小油膜厚度極限值h2lim=11um，h2＞h2lim，故相關(guān)參數(shù)的選擇是合理的。

5 滑動軸承摩擦功耗的計(jì)算

由此來確定潤滑系統(tǒng)所需的冷卻當(dāng)量功率，計(jì)算過程如下。

（1）摩擦數(shù)μ，根據(jù)上述參數(shù)及機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第三冊第21篇21～20頁21.2-17圖查得μ=2.8。

（2）求得摩擦功耗Pμ=π×μ×F×Ψm×D×n

=3.14×2.8×133260×0.00132×0.47×(135/60)=1.64kW。

按照上述方法也可以求得連桿瓦的摩擦功耗。

6 稀油站風(fēng)冷卻器選項(xiàng)及安裝注意事項(xiàng)

（1）應(yīng)根據(jù)破碎機(jī)整個系統(tǒng)的摩擦功耗值及安全裕量，選擇大小合適的當(dāng)量冷卻功率風(fēng)冷卻器。

（2）風(fēng)冷卻器一般是串聯(lián)在稀油站的進(jìn)油管路中，會產(chǎn)生一定的油壓降。在調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力時，應(yīng)根據(jù)風(fēng)冷卻器的壓降性能曲線，查詢對應(yīng)流量時的壓降值，從而確定系統(tǒng)壓力值。

（3）要注意風(fēng)冷卻器的潤滑油流量通過能力與稀油站系統(tǒng)的供油能力進(jìn)行匹配。

（4）在風(fēng)冷卻器的旁路上需安裝安全閥。該安全閥可保護(hù)冷卻器不受油泵啟動時過高油壓影響，也可以分流過冷的潤滑油。過冷潤滑油會使冷卻器內(nèi)部壓降上升，從而迫使安全閥打開。安全閥開啟設(shè)定值3bar。

（5）風(fēng)冷卻器風(fēng)扇啟?？梢愿鶕?jù)破碎機(jī)滑動軸承的最高回油溫度來決定。根據(jù)實(shí)際的回油溫度情況決定是否需要對潤滑油進(jìn)行冷卻，以提供合適的油溫，確保良好的潤滑效果。當(dāng)回油溫度達(dá)到45℃時啟動風(fēng)冷卻器，回油溫度低于35℃時關(guān)閉冷卻器。

（6）破碎機(jī)摩擦副產(chǎn)生的熱量一是由由潤滑油帶走。二是摩擦副自身向外界散熱。一般情況下，假設(shè)熱量均由潤滑油帶走，不考慮摩擦副自身向外界的散熱量，而是將這部分散熱量作為安全裕量來考慮。

（7）一般潤滑系統(tǒng)單向閥安裝在油泵出口及濾清器入口之間。考慮到冷卻器內(nèi)有較多潤滑油存在，在更換濾清器時潤滑油會回流，需要多增加一個閥門進(jìn)行控制，增加了管路的壓降。因此，可考慮將單向閥安裝在濾清器出口及風(fēng)冷卻器入口之間。

7 顎式破碎機(jī)特殊工況條件下稀油集中潤滑站的幾點(diǎn)思考

（1）1200×1500破碎機(jī)因啟動轉(zhuǎn)矩過大，因此，設(shè)計(jì)分三段啟動。即皮帶輪、皮帶輪+連桿、皮帶輪+連桿+飛輪三段按順序逐步啟動。啟動的時間及停止時飛輪等的慣性較大，停止時間也會較長。因此，主軸承會較長時間處于混合潤滑的狀態(tài)。為降低對主軸承的影響，稀油潤滑站油泵的啟動應(yīng)先于主機(jī)啟動，油泵的停止應(yīng)后于主機(jī)停止。

（2）在突然斷電情況下，稀油站油泵電機(jī)與主機(jī)電機(jī)同時失電，但顎式破碎機(jī)會因較大慣性還會繼續(xù)轉(zhuǎn)動一段時間或者破碎腔有礦石時帶負(fù)荷卡死。此時，軸承會處于一定程度的潤滑不良狀態(tài)，應(yīng)盡量避免此種情況發(fā)生。同時，可考慮供油管道在敷設(shè)時安裝一段略高于軸承位置的油管來替代高位油箱，讓油管存油可以提供短時間的潤滑，從而降低對軸承的磨損。

（3）因破碎機(jī)稀油站保護(hù)參數(shù)較多，且保護(hù)功能失效后對主軸承的安全運(yùn)行隱患巨大。因此，各項(xiàng)保護(hù)功能應(yīng)定期進(jìn)行空投實(shí)驗(yàn)，確保各項(xiàng)保護(hù)功能靈敏有效。

（4）因破碎機(jī)回油的大部分裝置長時間都暴露于高粉塵的環(huán)境中，因此，潤滑油中不可避免地會混入較多非金屬固體顆粒，應(yīng)定期清洗或者更換濾芯及清理油箱，確保潤滑油被污染程度不超標(biāo)。

8 結(jié)語

2016年，銅山口礦對該破碎機(jī)除本體外其他系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)升級改造。包括對潤滑液壓系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)升級；對巴氏合金軸承瓦的冷卻方式根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行了優(yōu)化；對分段啟動的液壓摩擦式離合器進(jìn)行了技術(shù)改造；淘汰了破碎機(jī)原繼電器的控制方式，對電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)升級。實(shí)現(xiàn)了破碎機(jī)一鍵啟動及遠(yuǎn)程監(jiān)視控制等功能。改造后的破碎機(jī)運(yùn)行至今有4年時間，從實(shí)際情況看，工人的操作更簡單、更準(zhǔn)確、更高效，控制系統(tǒng)可靠性也增強(qiáng)了，潤滑不良事故也未再發(fā)生。老設(shè)備通過技術(shù)升級改造煥發(fā)了新活力，取得了較好的改造效果，獲得了不錯的生產(chǎn)效益及經(jīng)濟(jì)效益。同時，技術(shù)人員通過查閱相關(guān)資料，反復(fù)計(jì)算和驗(yàn)證，進(jìn)一步加深了對各參數(shù)的理解。從理論和實(shí)踐兩個方面相互結(jié)合進(jìn)行驗(yàn)證，從而達(dá)到逐步提高解決問題的能力及專業(yè)素養(yǎng)的目的。