筒式磁選機軸承潤滑與密封結構的改進設計

夏常路， 劉石梅， 劉恒發， 方 勇

(長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012)

永磁筒式磁選機是礦山企業應用最廣泛的磁選設備之一，磁滾筒是永磁筒式磁選機最核心的部件。筒式磁選機滾筒的軸承是設備運轉的重要零部件，如果軸承損壞將嚴重影響選礦廠的生產。磁選機軸承出現故障，往往是從零件加工精度、設備安裝等方面找原因，而很少從潤滑方面進行分析?，F場的實際調查表明，大部分軸承出現損壞都是因為對軸承進行潤滑不充分或者維護不到位所致。本文從實際案例出發，對筒式磁選機滾筒軸承的潤滑與密封問題進行探討。

1 磁選機滾筒軸承潤滑系統故障分析

山東某國有大型黑色冶金礦山企業選礦廠使用GTS-1230和GTS-1030順流型筒式磁選機作為磁鐵礦粗選和精選專用弱磁選設備。該型號磁選機滾筒傳動系統采用通軸傳動形式，筒體由左支座和右軸承座支撐(如圖1)。磁選機在選礦廠現場使用過程中出現軸承過早損壞失效現象。軸承第一次出現故障為安裝完使用3個月后，GTS-1030磁選機非傳動端軸承損壞，通過現場拆卸發現軸承內部潤滑脂流失，軸承內圈及滾珠磨損掉落，并導致主軸磨損。由于對軸承潤滑系統的缺陷未足夠重視，當時只是更換軸承，但是新軸承使用一個多月就出現卡死狀況，甚至導致軸承保持架碎裂，影響設備正常生產。后來設備運行大概5個月時，GTS-1030磁選機傳動端內部軸承也因缺油導致卡死，設備無法運轉。經過我們對設備本身和現場故障原因進行調研，發現軸承潤滑部位存在發干缺油跡象，通過與現場工人訪談深入調研分析，確定了軸承缺油的原因：一是設備運行時潤滑脂加不進，須對軸承潤滑系統結構改進；二是軸承腔內部潤滑脂流失存不住及外部礦漿有害雜質侵入擋不住，須改進軸承座腔體的密封結構；三是選礦廠現場設備運行維護工作不到位，設備沒有得到很好的維護保養，選礦廠領導層應加強選廠日常運行管理，提高一線操作工人的責任意識。

圖1 磁選機GTS-1030滾筒軸承支撐結構

2 軸承潤滑與密封改進設計

滾動軸承的潤滑方法，分為脂潤滑和油潤滑。為了充分發揮軸承性能，首先要根據工況、使用目的等選擇合適潤滑方法。潤滑脂具有很強的粘附力，其油膜的強度很高；在使用中，密封性較好，不容易發生泄漏；不需要對其進行經常性的更換，更換一次以后，可以堅持到設備的大修期。根據選礦廠磁選機低速(20 r/min)重載(處理量大于15 t/h)的運行實際情況，我們確定了GTS系列磁選機軸承采用潤滑脂潤滑的方式。但是由于潤滑脂的摩擦力比較大，所以在軸承運轉的過程中會產生很大的阻力，并且不具有冷卻作用，一旦出現潤滑不暢甚至缺油，則會大大縮短軸承使用壽命。

軸承密封裝置，是防止外部灰塵、水分、金屬粉末等有害物質的侵入，防止軸承內潤滑劑泄漏。軸承密封裝置分為非接觸式密封裝置和接觸式密封裝置。非接觸式密封裝置不與軸相接觸，也沒有摩擦部位，主要有油槽、甩油環、迷宮密封等結構，利用離心力、小游隙達到密封的目的；接觸式密封裝置是由合成橡膠、合成樹脂、毛氈等的接觸尖端，與軸摩擦接觸起到密封作用的結構，其中帶有合成橡膠密封唇的骨架油封最為普遍。

2.1 磁滾筒原軸承潤滑密封方式

GTS系列磁選機磁滾筒兩端均采用調心滾子軸承支撐筒體，圖2和圖3分別為非傳動端和傳動端的軸承潤滑密封結構。非傳動端結構較簡單，軸承內圈固定在主軸上由軸肩定位，外圈與端蓋緊配合并一起旋轉。潤滑脂通過注油孔進入軸承外側，穿過滾子進入內側進行潤滑，潤滑脂由內側擋油環和外側軸承壓蓋內的骨架油封密封。

圖2 原非傳動端軸承位結構

1—主軸；2—擋油環；3—端蓋；4—軸承；5—軸承壓蓋；6—骨架油封；7—注油孔

圖3 原傳動端軸承潤滑與密封結構

1—主軸；2—傳動套；3—擋油環；4—軸承座；5—注油孔；6—大軸承；7—骨架油封；8—油孔；9—聯軸器

傳動端由內外兩個軸承支撐，其中主軸和軸承座固定，傳動套連接筒體旋轉。該部分潤滑脂由軸承座頂部注油孔進入外軸承，再由傳動套上的6個油孔進入內軸承，軸承座兩側有骨架油封密封，內軸承由擋油環密封。

上述軸承潤滑密封結構主要存在的問題：一是潤滑脂加不進去，潤滑脂進入軸承腔通道不順暢；二是潤滑脂儲存不了，軸承腔體較小儲油量少，密封缺陷導致潤滑脂易漏失；另外軸承外雜質侵入擋不住，雜質對軸承滾子和滾道磨損導致軸承失效。針對這些問題，我們經過反復論證，提出了滾筒軸承潤滑與密封結構的優化改進方案。

2.2 改進后的軸承潤滑與密封結構

磁選機滾筒非傳動端軸承潤滑與密封結構改進：(1)非傳動端的軸承潤滑，通過軸頭的注油孔加注潤滑脂，其中注油孔必須在軸承的兩側分別開孔，并且在端蓋上與軸承外圈配合處增加6道導油槽，以使潤滑脂能順利進入軸承進行潤滑；(2)非傳動端軸承密封，一方面對軸承蓋結構改進設計，軸承蓋外端增加擋邊，防止滾筒端蓋上礦漿雜質侵入，二是內部增加一道羊毛氈密封，一道磁力油封密封，同時加大軸承蓋內部腔體，增加儲油量。另一方面端蓋內側增加擋油盤及羊毛氈密封圈，非傳動軸承共四道密封，充分保證軸承的潤滑及密封可靠性。

改進后非傳動端軸承潤滑方式如圖4所示：潤滑脂通過注油泵經注油孔9和10分別進入軸承兩側腔體，然后經導油槽4進入軸承滾子潤滑軸承。左側腔體由羊毛氈8和磁力油封7密封，右側腔體由羊毛氈11密封。

圖4 改進后非傳動端潤滑與密封結構

1—主軸；2—擋油盤；3—端蓋；4—油槽；5—軸承；6—軸承壓蓋；7—磁力油封；8—羊毛氈；9、10—注油孔；11—羊毛氈密封圈

傳動端軸承潤滑與密封結構改進：(1)傳動端軸承的潤滑，一是軸承座加導油槽，使潤滑脂能順暢地進入大軸承外圈。二是在傳動套的大軸承內圈圓周均布開6條導油槽，并在每條油槽中心開油孔，使軸承座的潤滑脂能注入小軸承的外圈，從而通過小軸承外圈的油孔進入滾珠對其進行潤滑；(2)傳動端軸承的密封，首先將軸承座兩側油封腔體加大，增加其儲油量，然后在軸承座兩側骨架油封的基礎上再各增加一道羊毛氈密封圈。另外，在小軸承內側增加羊毛氈密封圈，小軸承外側則由聯軸器完全密封。

改進后傳動端軸承潤滑方式如圖5所示：潤滑脂通過注油泵經注油孔5進入大軸承6，然后經傳動套油槽油孔14進入小軸承13外圈。小軸承左側腔體潤滑脂由羊毛氈密封圈15密封，右側腔體由聯軸器封板密封。備用注油孔9為停機時用手動加油槍注油，以改善小軸承潤滑脂不夠的問題。

圖5 改進后傳動端潤滑與密封結構

1—主軸；2—端蓋；3—傳動套；4—軸承座；5—注油孔；6—大軸承；7—骨架油封；8—羊毛氈；9—備用注油孔；10—聯軸器；11—軸承擋板；12——工藝孔；13—小軸承；14—油孔；15—羊毛氈密封圈

改進過程中，磁力油封作為軸承隔離器在我們磁選機優化密封技術上的首次應用，為礦漿雜質侵蝕問題提供了很好的解決方案。磁力密封的特點：(1)適用于潤滑或干摩擦工況，做到零泄漏；(2)對軸的表面硬度沒有要求，降低材料成本及熱處理要求；(3)磁力油封選用高碳纖維制成摩擦副，具有極高耐磨性，比傳統油封的壽命長；(4)動靜環結合面始終保持緊密接觸，即使在較大的軸跳動下，亦可實現有效密封；(5)結構緊湊，安裝簡便。匹配原來唇封的位置時，不需改變原本的腔體結構，替代機械密封時，降低了加工和裝配的難度。

3 設備維護管理的完善

企業在設備維護管理中，應將潤滑維護管理作為重點。根據我們多年對設備和潤滑的跟蹤服務發現，生產現場設備管理及維修人員并不懂潤滑專業知識，設備零部件出現潤滑方面問題時，基本是靠目測潤滑劑干不干凈，是否變色發黑、用手觸摸是否有顆粒等方法判斷，而沒有依靠專業檢測方法和設備，即使觀察到備件存在磨損，疲勞損傷等現象，也只做到能修則修，無法修復時就更換新備件，很少對產生磨損的原因進行分析研究。另外，很多選礦廠設備管理制度不完善，一些基本的潤滑保養(如潤滑油脂定時定量添加更換等)都沒有保證，經常有設備帶病運行，設備在出現故障前得不到很好的維護保養。這些都需要選礦廠在管理制度上的改進，具體建議：一是完善設備維修保養制度，提供可操作性的具體措施、操作規程等，將設備維護管理形成體系；二是加強管理與維修人員的培訓，包括專業知識的學習、管理能力和認真工作態度的提高。

4 結語

通過對選礦生產企業現場遇到的磁選機設備機械故障問題進行充分調研，有針對性地不斷優化改進設備。改進后的滾筒軸承潤滑與密封結構采用了多重密封結構形式，提高了軸承潤滑與密封的可靠性，消除了礦漿對軸承腔體的侵入以及對主軸軸頸的磨損，磁選機軸承的使用壽命明顯得到提高，基本杜絕了因軸承損壞而造成的主軸失效、磁系損壞等的設備事故，同時，也對選礦廠的設備維護管理提出合理建議。從設備結構的改進到管理制度的完善兩方面的結合，來保證選礦廠正常生產運行的連續穩定。