修磨機(jī)主軸潤(rùn)滑與密封的分析和研究

王耀，張小建

(上海西重所重型機(jī)械成套有限公司，上海 201900)

修磨機(jī)主軸潤(rùn)滑與密封的分析和研究

王耀，張小建

(上海西重所重型機(jī)械成套有限公司，上海 201900)

對(duì)修磨機(jī)主軸潤(rùn)滑和密封的方式進(jìn)行了分析，介紹了三類修磨機(jī)主軸在生產(chǎn)中存在的潤(rùn)滑與密封問題及設(shè)計(jì)制造要點(diǎn)。指出小功率(小于37 kW)的修磨機(jī)可采用干油潤(rùn)滑，雙側(cè)選用迷宮密封，砂輪的裝拆側(cè)增加軸封。大功率(大于55 kW)的修磨機(jī)可采用稀油潤(rùn)滑，雙側(cè)選用骨架密封。熱鋼生產(chǎn)和特殊修磨機(jī)，采用油氣潤(rùn)滑。

修磨機(jī);磨機(jī)主軸;潤(rùn)滑;密封

0 前言

修磨機(jī)在冶金行業(yè)主要應(yīng)用于板坯、方坯、棒材、鋼管的表面磨削，去除鋼材表面的氧化皮，探傷后發(fā)現(xiàn)的缺陷，或者對(duì)材料的尺寸進(jìn)行修磨。修磨機(jī)的特點(diǎn)是工件磨削量大，磨屑量多，工作溫度高，振動(dòng)大，轉(zhuǎn)速高。磨頭主軸作為設(shè)備的關(guān)鍵部件，生產(chǎn)要求其具備工作穩(wěn)定，易于裝配、維修和更換。

在現(xiàn)場(chǎng)使用的過程中發(fā)現(xiàn)，潤(rùn)滑和密封失效是導(dǎo)致主軸失效的主要原因。當(dāng)潤(rùn)滑不足或者有雜質(zhì)進(jìn)入主軸箱后，由于主軸轉(zhuǎn)速高，溫升和磨損會(huì)很快使磨頭損壞。

1 磨頭機(jī)主軸的潤(rùn)滑方法分析

磨頭機(jī)主軸的潤(rùn)滑方法分為干油潤(rùn)滑、稀油潤(rùn)滑、油氣潤(rùn)滑。

1.1 干油潤(rùn)滑

干油潤(rùn)滑如圖1所示，根據(jù)生產(chǎn)和維修的需要，可采用集中潤(rùn)滑和人工加油兩種方式。干油通孔需開到軸承的工作位。干油采用高速性能好，錐入度較大的潤(rùn)滑脂。軸承兩側(cè)采用迷宮密封，間隙根據(jù)工況控制，在安裝砂輪的一側(cè)增加一組骨架密封或者防塵圈。需要指出的是密封面的粗糙度一定要符合密封圈產(chǎn)品的要求，否則密封效果很差。另外，由于主軸轉(zhuǎn)速高，產(chǎn)生熱量大，最好采用耐高溫的氟橡膠材料。

當(dāng)主軸呈垂直或斜置時(shí)，需要注意磨屑從上方迷宮進(jìn)入軸承產(chǎn)生磨損，也需要防止干油從下方的密封泄露出去，造成潤(rùn)滑失效。如圖2所示，上、下兩個(gè)軸承分別通過兩個(gè)加油通道加油，兩個(gè)軸承中間增加一個(gè)迷宮密封，減緩干油向下的速度。下部軸承處增加一個(gè)骨架軸封，封住腔體內(nèi)部的干油。在上部的V型密封外增加一處排屑槽，當(dāng)磨頭工作時(shí)，利用其產(chǎn)生的振動(dòng)，將磨屑排出。

圖1 臥式磨頭主軸的干油潤(rùn)滑F(xiàn)ig.1Lubrication of horizontal spindle

圖2 斜置磨頭主軸的干油潤(rùn)滑F(xiàn)ig.2Dry oil lubrication of inclined spindle

1.2 稀油潤(rùn)滑

當(dāng)修磨機(jī)功率增大時(shí)，干油潤(rùn)滑不能滿足主軸工作的需要。采用稀油潤(rùn)滑，不但為軸承提供軸承潤(rùn)滑油，而且可以帶走熱量。大功率的磨頭通常采用齒輪傳動(dòng)，稀油潤(rùn)滑亦可帶走齒輪表面的熱量。主軸稀油潤(rùn)滑原理如圖3所示。

稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)中的稀油通過P1泵，在分配器上調(diào)節(jié)油量，噴到各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)上。P2泵將進(jìn)入主軸箱的稀油抽出，送回到潤(rùn)滑站。P1泵的輸入量和P2泵的輸出量通過控制器的調(diào)整，保持主軸箱內(nèi)的油處于合適的油位。

稀油潤(rùn)滑的密封大多采用帶副唇的骨架油封，此處需要注意密封處主軸的接觸面易于磨損，在加工中需要對(duì)主軸表面的密封處進(jìn)行硬化處理。

圖3 主軸稀油潤(rùn)滑原理圖Fig.3Thin oil lubrication principle diagram of spindle

圖4為主電機(jī)為250 kW的磨頭主軸圖，其中高速軸兩處軸承，中間軸兩處軸承，工作軸兩處軸承，輸入、輸出兩對(duì)齒輪，均需要潤(rùn)滑和冷卻。

圖4 齒輪傳動(dòng)磨頭主軸稀油潤(rùn)滑F(xiàn)ig.4Thin oil lubrication of gear spindle

1.3 油氣潤(rùn)滑

在特殊的場(chǎng)合或特殊結(jié)構(gòu)的修磨機(jī)，普通的稀油潤(rùn)滑效果無(wú)法滿足生產(chǎn)需要時(shí)，主軸承采用油氣潤(rùn)滑來實(shí)現(xiàn)。

鋼管內(nèi)圓修磨機(jī)的主軸一般長(zhǎng)4～5 m，其中的支撐軸承多，發(fā)熱量大。干油潤(rùn)滑達(dá)不到效果，稀油潤(rùn)滑的結(jié)構(gòu)又不適應(yīng)此種結(jié)構(gòu)，采用油氣微量潤(rùn)滑裝置對(duì)各潤(rùn)滑點(diǎn)定時(shí)定量供油，即可實(shí)現(xiàn)冷卻和潤(rùn)滑的效果。

如圖5所示，壓縮空氣通過渦流管后，產(chǎn)生冷空氣。冷空氣通過油氣微量潤(rùn)滑裝置的混合閥帶走定量的潤(rùn)滑油，噴至各潤(rùn)滑點(diǎn)。頻率發(fā)生器用來控制冷空氣噴吹的時(shí)間和節(jié)奏，增壓活塞將油液壓力增高按指定的量排至混合閥。在生產(chǎn)實(shí)踐中，通過調(diào)節(jié)冷卻的空氣量和潤(rùn)滑油量，可以滿足生產(chǎn)的需要。

圖5 內(nèi)圓磨頭主軸油氣潤(rùn)滑示意Fig.5Oil-air lubrication of inner dressing spindle

更為復(fù)雜的油氣潤(rùn)滑應(yīng)用在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境中。圖6為主電機(jī)為315 kW的磨頭主軸圖，其用于磨削溫度為700℃的不銹鋼板坯。該主軸采用油氣潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)其中的齒輪和軸承進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻。油氣混合后，按PLC指定的量噴吹到齒輪和軸承上，通過空氣帶走主軸內(nèi)部的熱量，潤(rùn)滑油對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行潤(rùn)滑。由于其油氣量非常大，易在主軸箱內(nèi)形成高壓，對(duì)密封產(chǎn)生負(fù)作用，所以安裝了排氣閥平衡氣壓。主軸箱內(nèi)的稀油通過抽油泵定量抽回到稀油箱，平衡箱內(nèi)的油量。

圖6 熱磨削齒輪傳動(dòng)油氣潤(rùn)滑示意Fig.6Oil-air lubrication of hot grinder spindle

2 存在問題及設(shè)計(jì)制造要點(diǎn)

修磨機(jī)主軸在工作中，潤(rùn)滑和密封通常會(huì)出現(xiàn)以下的問題，而導(dǎo)致不能正常使用。

2.1 存在問題

(1)潤(rùn)滑油(脂)無(wú)法滿足生產(chǎn)。潤(rùn)滑系統(tǒng)在工作初期往往比較正常，隨著使用的繼續(xù)，在設(shè)備的維護(hù)過程中，由于加油(脂)量的不足，拆裝主軸過程中破壞原有的零部件，造成潤(rùn)滑系統(tǒng)偏離了原有設(shè)計(jì)條件，無(wú)法滿足生產(chǎn)要求。

(2)密封失效。主軸的轉(zhuǎn)速高，密封面的線速度高是造成密封失效的主要原因。同時(shí)，密封面接觸的粗糙度對(duì)密封效果也很關(guān)鍵。

從密封件的點(diǎn)檢維護(hù)出發(fā)，密封件的檢查和更換麻煩也會(huì)增加現(xiàn)場(chǎng)人員工作的難度，最終影響密封的維護(hù)，導(dǎo)致失效。

2.2 設(shè)計(jì)制造要點(diǎn)

修磨機(jī)主軸潤(rùn)滑、密封的可靠運(yùn)行要從以下幾方面注意。

(1)選取可靠的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)修磨機(jī)的生產(chǎn)工況，選用不同的潤(rùn)滑密封方案。小功率(小于37 kW)的修磨機(jī)可采用干油潤(rùn)滑，雙側(cè)選用迷宮密封，砂輪的裝拆側(cè)增加軸封。如主軸為立式(或斜置)，上下軸承需獨(dú)立加油。密封要考慮磨屑的走向，可適當(dāng)增加密封。此類潤(rùn)滑主要應(yīng)用在鋼管、棒材的外圓磨。

大功率(大于55 kW)的修磨機(jī)可采用稀油潤(rùn)滑，雙側(cè)選用骨架密封。此處需注意的是，主軸箱的進(jìn)出油量的控制，不能多也不能少，需通過自動(dòng)控制滿足。此類潤(rùn)滑主要應(yīng)用在方坯和板坯的修磨機(jī)。

對(duì)于熱鋼生產(chǎn)和特殊修磨場(chǎng)合，采用油氣潤(rùn)滑，可以在保證潤(rùn)滑的同時(shí)，通過氣體帶走熱量。

(2)嚴(yán)格控制關(guān)鍵零件的制造。關(guān)鍵零件需嚴(yán)格控制的方面如下:迷宮密封的密封環(huán)間隙控制在0.3～0.8 mm，其同軸度的要求應(yīng)控制的7級(jí)精度以上;V型密封，接觸的密封面粗糙度應(yīng)在Ra0.8～Ra1.6。粗糙度太高易漏油，太低則造成軸封磨損;同密封接觸的軸面，需要淬硬，一般取HRC 30～40。

(3)注意潤(rùn)滑和密封的保養(yǎng)。在修磨機(jī)工作的過程中，需要定期檢查潤(rùn)滑加油(脂)的量，檢查密封面的可靠性，如果出現(xiàn)問題一定要及時(shí)更換，否則設(shè)備會(huì)很快失效。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過對(duì)修磨機(jī)主軸潤(rùn)滑及密封系統(tǒng)的各種類型的分析和研究，為冶金生產(chǎn)中各種類型非標(biāo)修磨機(jī)的設(shè)計(jì)、制造及使用提供不同思路的參考方案，以提高其主軸潤(rùn)滑密封系統(tǒng)的可靠性。

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Research and analysis of grinder spindle lubrication and seal

WANG Yao，ZHANG Xiao-jian
(Shanghai XZS Heavy Machinery Integration Co.，Ltd.，Shanghai 201900)

This paper introduces three kinds of grinder spindle lubrication and seal，the problems in production，essentials in design and manufacture.When grinder power below 37kw，bearing with dry oil lubrication，labyrinth seal in the two end of spindle，add to V-seal near the grindstone.When the power more than 55kw，bearing with thin oil lubrication，reinforced seal in the two end of spindle.When hot steel and special work conditions，oil-air lubrication is used in grinder spindle.

grinding machine;grinder spindle;lubrication;seal

TG333

A

1001-196X(2014)06-0024-04

2014-07-01;

2014-08-07

王耀(1971-)，男，四川遂寧人，高級(jí)工程師，主要從事冶金設(shè)備的設(shè)計(jì)。