200 m3充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)軸承體及主軸優(yōu)化設(shè)計(jì)

胡定雄

(江銅集團(tuán)德興銅礦大山選礦廠， 江西 德興市， 334224)

0 前 言

200 m3充氣機(jī)械攪拌式大型浮選設(shè)備在我國多家礦山得到應(yīng)用，德興銅礦大山選礦廠是較早使用的單位之一。隨著使用時(shí)間的推移，該設(shè)備出現(xiàn)了機(jī)械故障，如主軸連接失效，軸承體軸承發(fā)熱等，這些問題雖然不影響工藝運(yùn)行，但設(shè)備的備件消耗增加，維修工作量加大，間接影響了工藝的穩(wěn)定，使精礦品位出現(xiàn)波動。我廠技術(shù)人員和設(shè)計(jì)制造廠家一同分析了發(fā)生機(jī)械故障的原因，結(jié)合本廠實(shí)際，對軸承體和主軸進(jìn)行了優(yōu)化，對癥解決了這些問題。使得200 m3充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)故障大幅度減少，運(yùn)行更加穩(wěn)定，真正用好并發(fā)揮了該浮選機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)，取得了滿意的成果。

1 200 m3充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理

200 m3充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)是北京礦冶研究總院在原50，100，160 m3等規(guī)格大型浮選機(jī)研究和應(yīng)用的基礎(chǔ)上，根據(jù)前期研究得出的大型浮選機(jī)的設(shè)計(jì)原則和放大方法，針對超大型浮選機(jī)流體動力學(xué)的特殊規(guī)律而研究設(shè)計(jì)的，其結(jié)構(gòu)見圖 1，主要由葉輪、定子、主軸、軸承體、空氣調(diào)節(jié)閥和槽體等組成。

圖1 200 m3充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)結(jié)構(gòu)

200 m3充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)的工作原理是電動機(jī)通過 V型三角帶帶動主軸機(jī)構(gòu)上的大皮帶輪旋轉(zhuǎn)，同時(shí)通過主軸使葉輪旋轉(zhuǎn)，此時(shí)，槽內(nèi)礦漿由葉輪經(jīng)定子圓盤與槽底之間吸入葉輪葉片間，同時(shí)，由鼓風(fēng)機(jī)給入的低壓空氣經(jīng)風(fēng)道、空氣調(diào)節(jié)閥、空心主軸進(jìn)入葉輪腔的空氣分配器中，通過分配器周邊的孔進(jìn)入葉輪葉片間，礦漿與空氣在葉輪葉片間進(jìn)行充分混合后，由葉輪上半部周邊排出，排出的礦流向斜上方運(yùn)動，由安裝在葉輪四周斜上方的定子穩(wěn)定和定向后，進(jìn)入到整個(gè)槽體中部。礦化氣泡上升到槽體表面形成泡沫，泡沫流到泡沫槽中，礦漿再返回葉輪區(qū)進(jìn)行再循環(huán)，另一部分則通過槽間壁上的流通孔進(jìn)入下槽進(jìn)行再選別。

2 軸承體和主軸的故障表征

根據(jù)以上浮選機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理可知，在浮選機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，軸承體和主軸始終是滿負(fù)荷運(yùn)行，若有不適浮選機(jī)必須停止運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行維修，因此長時(shí)間穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)是浮選機(jī)優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。

200 m3充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)經(jīng)過長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行后，軸承體上的軸承溫度較高，嚴(yán)重時(shí)軸承會因高溫?zé)龎模黄韧C(jī)更換。為了防止軸承燒壞，修理人員不斷向軸承內(nèi)添加潤滑脂或用水淋軸承體，造成潤滑脂嚴(yán)重泄漏，現(xiàn)場混亂。當(dāng)潤滑脂泄漏嚴(yán)重時(shí)，潤滑脂會掉入浮選機(jī)槽體內(nèi)，妨礙浮選機(jī)的選別，降低選礦回收率，導(dǎo)致精礦質(zhì)量下降，直接影響選礦廠的經(jīng)濟(jì)效益，所以此問題的存在是浮選機(jī)良好運(yùn)行的隱患，應(yīng)及時(shí)解決。

主軸損壞主要是連接法蘭失效和主軸底部嚴(yán)重磨損，見圖2。

圖2 主軸底部磨損情況

雖然該浮選機(jī)的其他指標(biāo)十分優(yōu)良，因以上故障的存在，對于用戶來講必須進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。

3 軸承體軸承溫度高和主軸故障原因分析

經(jīng)長時(shí)間現(xiàn)場觀察和多次軸承更換實(shí)踐，認(rèn)為軸承體軸承溫度高的原因是軸承選用不合適。原軸承體選用的軸承為帶緊定套和退卸套的球面滾子軸承，該軸承有很強(qiáng)的徑向承載能力，也可以承受一定的軸向負(fù)荷，主要用于徑向負(fù)荷大的機(jī)構(gòu)中，而將該軸承用于大型或特大型浮選機(jī)時(shí)軸承的承載能力大幅降低。浮選機(jī)的主要載荷是軸向載荷，雖然該軸承有緊定套和退卸套輔助，但因軸承體的結(jié)構(gòu)決定了軸承安裝調(diào)試十分困難，造成軸承游隙很難調(diào)整為軸承要求的正確游隙，從而加大軸承的當(dāng)量負(fù)荷，使得軸承在超負(fù)荷的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)。長期運(yùn)行時(shí)軸承易發(fā)熱，導(dǎo)致軸承潤滑不良，使得軸承運(yùn)行環(huán)境惡性循環(huán)，軸承壽命因此大幅縮短，經(jīng)常需要更換軸承。

主軸的故障主要表現(xiàn)為與上軸連接失效造成折斷和軸底部磨損。主軸與上軸連接失效主要是連接定位不好，使兩軸的同軸度、直線度偏差較大，加上主軸較長，制造困難，平衡試驗(yàn)的精度不能滿足運(yùn)轉(zhuǎn)要求。在高速轉(zhuǎn)動時(shí)產(chǎn)生較大的離心力，導(dǎo)致主軸振動大，容易發(fā)生連接法蘭和主軸因振動損壞或斷裂。主軸底部磨損，是因礦漿直接接觸了主軸底部造成的磨損，嚴(yán)重時(shí)會影響葉輪的安裝，加速葉輪的磨損。

4 軸承體及主軸優(yōu)化設(shè)計(jì)

經(jīng)以上原因分析，該浮選機(jī)的故障均為機(jī)械方面的故障，因此應(yīng)按機(jī)械設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行整體優(yōu)化和改進(jìn)。

4.1 軸承體設(shè)計(jì)

軸承體是浮選機(jī)的主要機(jī)械部件，浮選機(jī)的轉(zhuǎn)動及主軸支撐都在該部件上。優(yōu)化軸承體設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是優(yōu)化軸承選型。根據(jù)浮選機(jī)的工作原理，軸承體中的軸承所受載荷主要為軸向載荷，這些載荷有主軸自重，葉輪重量，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的介質(zhì)阻力等，同時(shí)轉(zhuǎn)動精度要求高。所以在優(yōu)化時(shí)選用推力球軸承和深溝球軸承雙雙組合使用，這樣兩組推力球軸承能承受大的軸向載荷，兩組深溝球軸承能滿足浮選機(jī)長時(shí)間轉(zhuǎn)動精度的要求。此組合中各軸承的受力合理，安裝調(diào)試方便。在安裝時(shí)只要調(diào)整上端軸承的調(diào)整螺母就可以調(diào)整軸承間隙，使軸承處于合理的安裝狀態(tài)，軸承在長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸承溫度正常，浮選機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更加穩(wěn)定（見圖3）。

圖3 軸承體總裝

此種軸承組合設(shè)計(jì)在浮選機(jī)上的應(yīng)用在國內(nèi)是首次，使用效果優(yōu)良經(jīng)此優(yōu)化的浮選機(jī)目前在我礦已經(jīng)使用4年多，沒有發(fā)生任何故障，軸承也沒有更換。理論計(jì)算該軸承組合的使用壽命高達(dá) 10年以上。因此有效地解決了大型浮選機(jī)因軸承體發(fā)熱給設(shè)備運(yùn)行帶來的故障難題，可以推廣使用。

4.2 主軸設(shè)計(jì)

主軸設(shè)計(jì)重點(diǎn)是改變兩軸之間的連接環(huán)節(jié)，新設(shè)計(jì)的主軸在法蘭連接之間增加了一錐形連接套。在兩軸連接時(shí)該連接套既能自動定位保證連接精度，又能承受主軸擺動的徑向力，使主軸不再發(fā)生連接失效。同時(shí)增加主軸安裝前的圓周平衡試驗(yàn)來檢測主軸制造質(zhì)量。為了使主軸平衡時(shí)不受外界干擾，設(shè)計(jì)了專用的平衡支架，在做主軸平衡時(shí)使主軸質(zhì)量的重力偏心力矩小于等于0.2 Nm。經(jīng)實(shí)際使用，主軸運(yùn)轉(zhuǎn)十分平穩(wěn)，杜絕了主軸折斷事故。

針對主軸底部磨損問題，主軸設(shè)計(jì)時(shí)在底部增加設(shè)計(jì)了一耐磨底板零件，耐磨底板在使用時(shí)長期與礦漿介質(zhì)接觸，能有效抵御礦漿的磨損，使用壽命長，同時(shí)當(dāng)耐磨底板磨損到一定的厚度后可以更換，主軸主體不發(fā)生任何磨損，主軸的壽命成倍延長，主軸消耗成倍降低。主軸結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 主軸

5 結(jié) 語

200 m3充氣機(jī)械攪拌式浮選機(jī)在我礦已投入運(yùn)行10 a，在使用過程中發(fā)生過各種不穩(wěn)定狀況，備品配件消耗很大。經(jīng)過我礦技術(shù)人員和設(shè)計(jì)單位、制造單位的共同努力和不斷探索，該設(shè)備的機(jī)械設(shè)計(jì)得到了系統(tǒng)優(yōu)化完善，軸承、主軸等配件的消耗大幅降低，同時(shí)選廠也真正掌握和了解了該設(shè)備的使用、維護(hù)，使其能發(fā)揮最大效能。目前，該大型浮選機(jī)在我礦運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、可靠，工藝性能優(yōu)越，節(jié)能效果明顯，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)備的設(shè)計(jì)要求，也是國際同類設(shè)備中的最先進(jìn)水平，適合在各類礦山推廣使用。今后將繼續(xù)在設(shè)備的自動化運(yùn)行和控制方面進(jìn)行探索，讓該設(shè)備成為選礦設(shè)備中的經(jīng)典。