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机械设计

球磨机-(2)球磨机构造及主要零部件-2

时间:2017-10-05 17:07:33   作者:   来源:   阅读:159   评论:0
2.2.2 支承装置

    磨机的支承装置要承受整个回转部分、研磨体和物料在运动过程中或静止状态时的载荷。磨机的轴承是决定安全生产、维护简便和节省能量的主要部分之一。

磨机支承装置的工作特点:一是所承受的载荷重,并且具有一定的振动;二是中空轴的转速低,一般中空轴的线速度在1m/s左右;三是磨机的工作环境恶劣,灰尘大。因此,在设计磨机支承装置时,不但要考虑到磨机能够连续运转,设法降低中空轴与球面瓦之间由于摩擦而产生的功耗,还要防止灰尘进入其中。

    磨机的支承装置可分为下述形式:

    主轴承支承、滑履支承和托轮支承。一般磨机主轴承支承有滚动轴承和滑动轴承两种。

滚动轴承应用于小型磨机上是可以的,而大型磨机不采用滚动轴承的原因是其单件加工费用高,与轴承配合部分加工精度要求也高,滚动轴承的安装维修较困难,并且滚动轴承的使用寿命有限,且要求有过滤和冷却用的循环供油系统。因此,一般较大磨机不采用这种轴承而采用滑动轴承。

磨机的滑动轴承,按其结构形式,可分为带中空轴颈的主轴承和滑履轴承两种。

(1) 主轴承

    磨机主轴承承担整个磨机回转部分的重量。一般由轴瓦、轴承底座、轴承盖、润滑及冷却系统组成。

① 磨机主轴承的结构特点

一是主轴承尺寸大、重量重、承受重载。磨机是以空心轴支承于主轴承上,由于物料是由空心轴内出入磨机,所以空心轴的外径和主轴承轴瓦直径都比较大。二是采用自位调心球面轴承,以保证磨机的直线度。又可分为把自动调心的球面置于壳体之外(如图7.54所示)且球面为180°和把球面置于壳体之内(如图7.55所示)且球面为120°两种形式。三是主轴承只有下瓦而无上瓦,由于磨机回转时,各作用力的合力方向近似垂直向下,因此,主轴承只有下轴瓦。四是主轴承的球面瓦为双金属结构,球面瓦体为铸铁材料,而瓦衬为巴氏合金。五是轴瓦设置有循环冷却水系统。

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图7.55 球磨机的主轴承

1—轴承盖;2—刮油板;3—压板;4—视孔;5—温度计;6—轴承座;7—球面瓦;8—油位孔

② 主轴承的结构(如图7.55所示)

    主轴承是由轴瓦、轴承底座、轴承盖、润滑和冷却系统所组成。轴瓦底面呈球面形,装在轴承底座的凹球面上。瓦衬一般多用铅基和锡基轴承合金(巴氏合金)浇注而成。

    主轴承分固定式(图7.55)和活动式(图23)两种形式。活动式主轴承只适用于磨机进料端。

    图7.55所示为球磨机的主轴承。轴承座6用螺栓固定在两端基础上,球面瓦7的底面呈球面形。球面瓦装在轴承座6的凹球面上。瓦衬为铅基或锡基巴氏合金制成。轴承座上装有用钢板焊成的轴承盖1,其上设有观察孔,观察供油及轴、轴瓦的运动情况。为了测量轴瓦温度,还装有温度计5,以防轴瓦温度升高超过允许值。中空轴与轴承盖、轴承座之间的缝隙均用压板3将毡垫压紧密封,以防进油和漏料。为了防止球面瓦从轴承座内滑出,用两个定位螺钉和压板来控制,在安装时,定位压板与球面瓦间隙一般在2~4mm。刮油板2是为了把中空轴上的油刮下,防止流到外面,对环境卫生有利。

内球面与外球面主轴承比较:

    金属用量方面外球面的较省;轴承密封外球面较优,因为轴承两侧的密封圈有可能随调心球面瓦一起自动调整,减小缝隙。但这种外球面轴承储油量较少,有时需要另设计外油池或油箱,使系统复杂化。外球面的球瓦比较形大体重,因而在机械加工和浇注轴承衬时比较复杂。

③ 主轴承的润滑

    主轴承工作时必须装有可靠的润滑装置。大型磨机多采用油泵进行强制循环润滑;小型磨机可以用油圈带油或油勺润滑,但润滑效果较差,润滑油得不到过滤。

    主轴承润滑可采用动压和动静压两种方式。

    动压润滑有油泵供油和油圈带油等几种形式。油泵供油如图7.55所示,润滑油从进油管进入轴承内,把油喷射到中空轴上,然后带入轴瓦,轴承座内的润滑油从回油管流回,经过滤、冷却等装置组成闭路循环供油系统,润滑效果良好,油位孔8供检查油箱中的油量之用。由于磨机转速低,所以动压润滑形成的油膜很薄,达不到液体摩擦润滑,而是半液体摩擦润滑,为了完全可靠还装有备用油圈。中小型磨机常采用油圈带油润滑,如图23所示,由油圈9把油带起,经刮油杆8,将油分在中空轴和轴瓦衬的表面上,润滑冷却效果比油泵供油系统稍差,且润滑油得不到过滤,但结构简单。

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图7.56 静压腔结构

(a) 圆形结构;(b) 矩形结构

动压润滑轴承主要存在两个问题:一是磨机启动时,由于油膜消失,轴颈与轴瓦之间的摩擦阻力矩增大,导致磨机的启动负荷过大,往往擦伤轴瓦表面。过大的启动负荷对电机、减速机等传动件不利。二是当磨机停止运转时,轴颈由于冷却收缩,在油膜消失的情况下,往往擦伤轴瓦表面。为解决上述问题,在磨机启动前,用高压油泵从轴瓦底部供油,将轴浮起,然后启动磨机。另外,在停磨时向轴承内供高压油,将轴浮起,使轴在轴瓦内自由收缩,直到冷却为止,以保护轴瓦不被擦伤。

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图7.57 静压供油系统

1—过滤器;2—径向柱塞泵;3—调压阀;4—单向阀;5—压力表;6—磨机主轴承

    动静压轴承的静压油腔的结构形状有两种:一种是圆形结构,如图7.56(a)所示;另一种是矩形结构,如图7.56(b)所示。用于油浮升的磨机静压轴承多采用中央单腔式,对于磨机狭窄型的轴承,矩形油腔较为合理,因为矩形油腔中的润滑油沿轴向泄漏的途径比圆形油腔长,有利于轴承静压承载的形成,同时矩形油腔也便于加工。油腔宽度与轴瓦宽度之比为lL=19~120,油腔包角α为16°~20°,油腔深度以3~4mm为宜。

    主轴承静压供油系统如图7.57所示。由于干法磨粉尘较大,必须单独设置油箱,加强对润滑油的过滤。同时油箱内应设置电热器,以保证润滑油粘度在适当范围内。在系统中应增设压力控制信号装置,当系统中的压力超过或低于规定值时,应发出信号,同时油泵与电机开关联锁,只有油泵启动后,才能开动电机。

④ 主轴承的冷却

    磨机主轴承工作时,由于磨内热物料及热气体(烘干兼粉磨)不断向轴承传热,以及轴颈与轴衬接触表面因摩擦产生热量,虽然轴承表面同时也向周围空间散发热量,但不足以抵消前者,如不及时排除,热量的积累导致轴承温度升高,破坏润滑作用,主轴承的轴承衬允许温度小于70℃,如果轴承温度超过此值,将会发生烧瓦现象,影响磨机正常运转。因此,必须排走热量,降低温度,一般常用水冷却方法,有直接引水入轴瓦内部,或间接用水冷却润滑油,或两种方法同时使用。

    直接引水入轴瓦内部效果明显,且有两种形式:一种是通过铸在球面瓦瓦体内的蛇形管冷却水道来冷却轴瓦的,如图7.58所示;另一种是循环冷却水(如图7.55),经球面瓦7中的铸孔(蛇形管道)冷却轴瓦的,冷却水由入水管接头进入,水通过蛇形管道后由出水管接头排出。

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图7.58 蛇形管冷却水道

    有的主轴承还把蛇形管浇注在巴氏合金的燕尾槽中,这样可使蛇形管离巴氏合金的表面较近,冷却效果较好,并简化了轴瓦的铸造工艺,但在浇注巴氏合金时不太方便。

⑤ 主轴承的要求

    磨机主轴承是一个重要的部件,设计时应充分考虑如何减少发热,降低摩擦损耗。轴承发热的主要原因是筒体内的温度经空心轴传给轴承衬,或者由于冷却润滑装置失灵以及轴承密封不好使灰尘和磨蚀物料进入;有时由于中空轴凸肩与轴瓦一个端面之间产生摩擦,其原因是由于磨机工作时发热,导致筒体伸长造成的。为避免后一种情况产生,在设计中空轴时将两端中空轴的凸肩距离作成不等的,其中一端中空轴轴颈宽度等于轴瓦宽度,另一端中空轴的轴颈宽度稍大于轴瓦的宽度。这样,当筒体热伸长后,中空轴颈的凸肩不致碰触轴瓦。

    磨机主轴承的工作特点是载荷重,转速低,工作时要发热。因此,在零部件设计时要保证以下技术要求:

A对轴承座的技术要求

a铸件在进行机械加工前,应进行消除内应力的热处理,或者“时效处理”,目的是防止加工后产生变形;

b轴承座的球心与轴承中心的不同心度不大于0.5mm,这样便于测量和安装;

c机械加工后,对球面瓦冷却水通道进行大于0.4MPa的水压试验,在此压力下连续试验时间为2h,不应有渗漏现象;

d轴承座两个通过中空轴的侧孔,应与轴承盖一起联合加工,侧孔直径应比中空轴颈大15~20mm,以免在轴承衬磨损时引起中心的偏移,而磨坏中空轴。

B对轴承底座的技术要求

    轴承底座(底板)既是轴承的支承又是轴承安装时找正的基准。底座要有很好的刚性和吸振性。从这点出发,铸铁件有很大的优点。但是当单件小批量生产时,铸件比起焊接件成本要高些。以前多用铸件,近来用型钢焊接的愈来愈多。

    为了安装时方便,铸铁轴承底座的上下表面都需进行机械加工。尤其是装有钢辊(活动式主轴承),其粗糙度不低于,便于钢辊在其上自由滚动。

C球面瓦

    球面瓦是主轴承直接与中空轴颈接触零件,即是主轴承直接承受载荷的零件。对主轴承来说,球面瓦是一个重要而又容易损坏的零件。因此,球面瓦本体的材料应不低于GB9439—88中的HT200,对于大型磨机用ZG270~500铸钢制造。

a结构及主要尺寸球面瓦底面是一个与轴承中心同心的部分球体,它在轴承座的球窝里(凹球面里)可以自由转动,使轴瓦的承压面均匀地承受载荷。球面瓦的结构及主要尺寸(见图7.59)按下述原则确定:

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图7.59 球面瓦的结构及其主要尺寸

    作用在轴承上的外力是固定的,因此,球面瓦的承压角基本上固定在75°~90°之间。为此,我国近年来所设计的球面瓦的承压角都是100°~120°的。

    球面瓦的直径和宽度与磨机的用途有关,对于烘干兼粉磨的煤磨或原料磨,中空轴内要在喂料的同时通过一定体积的热风。为了减小通风阻力,中空轴一般都设计成直径大而宽度窄,具体尺寸与通过的热风量多少有关。对水泥磨和湿法原料磨,一般是根据喂料量的大小来决定中空轴的直径,当直径确定后,再根据比压来确定球面瓦的宽度。一般烘干兼粉磨的磨机的宽度径比为L/d=0.25~0.35,水泥磨和原料磨的宽径比L/d=0.35~0.55。

b球面瓦的瓦衬材料球面瓦的关键部件是瓦衬,它是直接与中空轴轴颈接触的部件。即使是在液体摩擦状态下工作的轴承,在长期停磨后再启动磨机,如不是静压主轴承,则不可避免地产生轴颈与球面瓦瓦面的直接接触,即金属接触。因此,在选用瓦衬材料时要慎重。现在大多数磨机主轴承在轴瓦上(球面瓦)浇注轴承合金(即铅基和锡基巴氏合金),这种合金的优越性,如顺应性、嵌藏性好,很易与轴颈跑合,抗胶合能力也较强,但弱点是机械强度低并且与钢铁的贴附性差,合金瓦的制造加工困难。浇注合金前,在球面瓦的凹球面开纵、横燕尾槽,目的使巴氏合金与瓦体贴合牢固,防止脱壳。浇注后,需进行精细刮研。在中小型磨机上也有用塑料做瓦衬的。

(2)滑履支承

    磨机的两端或一端不用通常的主轴承支承,而是采用滑履支承。如图7.60所示,一端是主轴承支承,而另一端是滑履支承的混合支承装置示意图。

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图7.60 混合支承装置

1—静压润滑装置;2—进料装置;3—滑履支承装置;4—筒体;

5—大齿轮;6—动压滑动主轴承;7—出料管;8—传动轴

    国外早已在磨机上采用。我国江南水泥厂湿法生料磨机已在进料端采用该支承方式。由于磨机向大型化发展,其轴承负荷也愈来愈大,另外烘干兼粉磨的磨机,其进料口要大,而且热气流温度又高,主轴承就不适应,这样,采用滑履支承较为合适。

    滑履轴承的磨机是通过固装在磨机筒体上的轮带支承在滑履上运转,如图7.61所示。

    图7.61是轮带放在具有三个履瓦的滑履支承装置上的示意图。

    图7.62是轮带放在具有两个履瓦的滑履支承装置上的示意图。

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图7.61 三履瓦的滑履支承装置 7.62 两履瓦的滑履支承装置

1—滚圈;2—滚圈罩;3—履瓦;4—滚圈罩支座图

    滑履轴承的结构如图7.63所示,表面浇铸轴承合金的钢制履瓦2坐在带有凸球面的支块3上,两者之间用圆柱销定位,凸球面支块又置于凹球面支块4之中,而凹球面支块又放在滑履支座的底座5上,两者之间也是通过圆柱销定位。

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图7.63 滑履支承装置的结构图

1—轮带;2—履瓦;3—凸球面支块;4—凹球面支块;5—底座;

6—托轮;7—高压输油管;8—高压油泵;9—轮带罩

    滑履支座的底座5的下边放置两个能沿磨机轴向自由滚动的托轮6,托轮安装在轮带罩的底座上。

    轮带罩除了起到防灰尘进到其中将润滑油弄脏外,轮带罩的下座还起油箱的作用。整个保护罩放在焊接结构的底座上,而底座通过地脚螺栓固定在混凝土基础上。

    轮带罩和轮带之间的密封结构如图7.64和图7.65所示,环形的毛毡圈1被压板2压在轮带罩上,并由拉伸弹簧3将其紧紧地压在工字形轮带的法兰上,进而起到密封的作用。

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图7.64 轮带剖面图

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图7.65滑瓦侧视图

1—环形的毛毡圈;2—压板;3—拉伸弹簧

滑履支座的每个滑瓦都能自动调心,它是靠球形瓦来完成的。这样就可以弥补由于轮带安装误差所造成的轮带与履瓦的接触不良。

    滑履轴承目前普遍采用的是动静压润滑。这种滑履上只有一个油囊,当磨机启动、停止和慢速运转时,高压油泵8将具有一定压力的压力油通过高压输油管7送到每个滑瓦的静压油囊中,浮升抬起轮带,使轴承处于静压润滑状态,而在磨机正常运转时,高压油泵停止供油,此时润滑是靠轮带浸在润滑油中,轮带上的润滑油被带入瓦内,实现动压润滑。由于轮带的圆周速度较大,其“间隙泵”的作用也大,且滑履能在球座上自由摆动,自动调整间隙,故润滑效果也较好。

    磨机在正常运转过程中,向滑瓦供油的方式有两种:一种是通过低压油泵向滑瓦进口处喷油;另一种是将滑瓦浸在油中。

滑履轴承的优点:

① 支承磨机轮带的滑履可以有两个、三个或四个,因此其结构不仅完全适用于中小型磨机,而且不受规格限制,还可以在特大型磨机上采用。

② 采用滑履支承结构,可取消大型磨机上易于损坏的磨头(包括中空轴)和主轴承,运转比较安全,并可以缩短磨机的长度,尤其是磨机的进料端很明显地缩短了很多,减少占地面积。

③ 对于烘干兼粉磨的磨机,由于取消了中空轴,进料口的断面积不受中空轴的约束,因此,可以更合理地设计进料口,有利于粉磨物料和热气流通过,并减少通风阻力。

④ 因为磨机两端支承间距缩短,所以磨筒体的弯矩和应力相应地减小了,因此,磨筒体钢板厚度可以减薄。尤其是烘干兼粉磨的磨机,烘干仓的筒体可以选用更薄的钢板,减轻了磨机的重量。

⑤ 轮带的线速度比中空轴颈高得多,对于润滑油膜的形成比较有利。

滑履轴承由于对轮带和履瓦的加工精度和粗糙度要求较严,因而比用主轴承支承磨机的成本高。滑履轴承的结构和维护比较复杂,一旦系统中某个环节出现故障,要求及时发现和修复,否则将影响整个磨机的正常运转,因此,要求装设相应监测和自控仪表。


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