陶瓷軸承在機加池JG-15 刮泥機中的應用

翁 俊

（四川省宜賓惠美線業有限責任公司，四川宜賓 644000）

0 引言

公司水暖制造部共有4 個機加池，每個機加池由攪拌系統和刮泥系統組成。機加池刮泥系統主要設備是刮泥機，刮泥設備采用銷齒圓盤式結構，浸于水中的傳動件。由于水質的濁度高，對傳動軸上的軸承座、軸瓦、軸、聯接件等配件造成腐蝕。另外高濁度水加大軸承座內部結垢，增大了傳動阻力，加速了軸與軸瓦的磨損，造成過大間隙，軸發生軸向偏離后還會造成軸斷裂和聯軸器等相關配件損壞。為此，通過查找各類資料，考慮改變傳動方式，由軸瓦改為陶瓷軸承傳動，減少接觸面的磨損，增強同軸度，并做好軸承密封。調整相關部件間配合，降低零部件腐蝕速度，從而降低故障風險和維修成本。

1 陶瓷軸承的分析

陶瓷軸承的轉速和加速能力高，且打滑、磨損和發熱均可降低；壽命長、耐磨損，全陶瓷軸承的疲勞壽命可望比全鋼軸承長1050 倍，混合陶瓷軸承，壽命也比全鋼軸承的壽命高35 倍；所需潤滑極少，陶瓷材料的磨擦系數低，采用油潤滑的陶瓷軸承，在潤滑油變稀或貧油情況下，其潤滑能力仍不低于鋼軸承常用的傳統潤滑劑；耐磨蝕，由于陶瓷材料為惰性材料，故更耐腐蝕和磨損；剛性大，因陶瓷材料的彈性模量高，其剛性比普通鋼軸承大15%20%；耐高溫，全陶瓷軸承能在500以上溫度工作；扭矩低，根據結構，陶瓷軸承的扭矩約減小1/3；無磁性不導電，陶瓷軸承可不受磁、電的損害。

2 機加池JG-15 刮泥機現狀分析

水暖制造部機加池制水是通過機械攪拌加速實現較大顆粒的微粒沉降。由于直接引用長江水進行制水，水質含有較大泥沙及雜質，水質濁度在夏季洪水期可達5000 NTU（Nephelometric Turbidity Unit，散射濁度單位）以上，而機加池的處理要求為進水小于50 NTU，處理后出水小于15 NTU。機加池為二級制水設備，池中還含有較多微量不溶性懸浮物質，通過機械加速沉降后還有較多污泥在池底部，所以需通過刮泥機把多余污泥刮至池中心排污口排出，以滿足機加池要求的絮泥量。由于污泥量較大，而公司的刮泥機傳動部份采用周邊傳動銷齒圓盤鉸板式刮泥系統，傳動與刮泥部件均在水下，所以造成傳動部件容易腐蝕，造成設備故障。每次設備故障后維修周期需要34 d，耽誤生產，從而影響制水能力。

根據檢修統計，單臺刮泥機每年維修2 次，影響生產且造成成本浪費。所以需通過技術改進降低檢修頻次，把檢修次數降到1 次/年，且每次檢修時間降為12 d，同時維修配件消耗可降低50%，節約時間可多產過濾水約6.4 萬m3（臺/年），4 個池共計可提高產能25.6 萬m3。

3 改造技術要求

根據刮泥機現狀分析，刮泥機故障率最高的配件幾乎均在液面下浸泡著，而液面以上的傳動部件的故障也是因液面下部件有故障后而造成的，因此關鍵是解決液面下的部件故障問題。

3.1 固定傳動部位

現刮泥機所用的輔助傳動件是材料為H62 的黃銅軸瓦，由于銅長期浸于有濁度水中，加大了軸瓦的腐蝕。且泥沙增加的摩擦系數讓軸瓦加快磨損，這樣就會使軸的軸同心度發生偏移，從而加大上部傳動件的振動，造成軸承與軸加快損壞，同時增大電機運行功率。所以，根據設備現狀，查閱資料并對比分析，初步確定用陶瓷軸承代替現有軸瓦，由于陶瓷軸承在公司屬首次使用，因此需進行前期小試驗，分別用碳化硅、氧化鋯、氮化硅材料進行小試。選擇陶瓷軸承的理由是根據機加池工作環境所確定的，陶瓷軸承特性見表1。

表1 陶瓷軸承特性

安裝陶瓷軸承時需在套圈端面的圓周上施加均等的壓力，平穩地將套圈裝入，嚴禁用榔頭等重物直接敲擊軸承端面以免損傷軸承。安裝軸承時保證徑向水平度精確=0。由于軸承為內圈轉動，陶瓷軸承熱膨脹性能差，所以軸的徑向間隙不能過大也不能過小，保持在0.050.2 mm，并做好潤滑與密封處理。安裝注意事項：淤檢查軸承有無質量問題。旋轉是否靈活，仔細檢查軸承零件表面有無缺陷，如壓痕、燒傷、裂紋等。嚴格禁止裝入有質量問題的零件；于確保安裝現場清潔，嚴防異物進入軸承內部；盂確保軸承清潔，沒有清洗好的軸承不要安裝；榆確保密封質量。仔細檢查密封件型號規格、尺寸是否合適，是否有缺損或質量問題，相關配件是否齊全，配合是否合理；虞由于陶瓷軸承的特殊性，為避免安裝過程中對軸承的傷害，需用專用安裝工具進行安裝。

3.2 軸承座

為保證工藝穩定性，因更換的是陶瓷軸承，所以需重新對軸承座進行設計加工，軸承座加工時為保證陶瓷軸承運行穩定，應選用強度較高和抗氧化、抗腐蝕性的不銹鋼材料進行加工。同時為了維修方便，軸承座設計應合理，使軸承與軸承座之間的配合應精確，另考慮在后期更換零部件時不影響生產工藝，軸承座蓋的軸孔直徑應略比軸承外圈尺寸大，但不能超過0.5 mm，這樣即使軸承損壞也不影響生產。在安裝過程中，安裝軸向間隙應在0.20.4 mm，徑向間隙應保持在0.30.5 mm，做好二次防腐，緊固件緊固力度要合理。

3.3 連接板

在加工聯軸器時應選用強度較高和抗氧化、抗腐蝕性的不銹鋼材料進行加工，防止聯軸器的變形與斷裂，有效避免了腐蝕變形后影響軸心度。在安裝過程中做同心度，緊固件緊固力度要合理。

3.4 軸

在加工軸時應選用強度較高和抗氧化、抗腐蝕性的材料進行加工，防止聯軸器的變形與斷裂。根據刮泥機工作現狀，對上半軸和下半軸分別采用不同材料進行加工，為保證轉動件的穩定運行，下半軸用不銹鋼材料，上半軸用碳合金材料。在安裝過程中做同心度測量，保證與傳動件切合準確。

3.5 軸承與軸承座裝配

為保證軸承與軸承座裝配方便，軸傳動齒輪改為活動可拆式，以方便維修與裝配，大大提高維修效率。

4 效益分析

據統計，改造實施后每年可降低維修成本約2 萬元。每次檢修時間降為23 d，按每年減少1 次檢修節時2 d 計算，可多產約6.4 萬方水（臺/年），4 個池共計可提高產能25.6 萬方水。過濾水制水成本約為0.49 元，銷售單價1.9 元，多生產的水可創造年效益36.09 萬元。

根據技術方案要求，只對水下部分軸瓦進行更換。則軸瓦影響電機消耗功率變化為改造部件動靜載荷與摩擦損失功，而摩擦損失變化較大。所以通過對陶瓷軸承與普通碳鋼軸瓦分析比較，由滾動軸承的摩擦力矩公式M=Pd/2，與軸承摩擦引起的軸承功率損失公式NR=1.0510-4Mn，可計算出損失功率。

（1）陶瓷軸承損失功率。2.64 W（深溝球陶瓷軸承摩擦因數0.0007-0.00 105）。

（2）普通軸瓦損失功率。3.77 W（軸瓦摩擦因數0.001 00.001 5）。

綜上統計，4 臺機加池刮泥機改造完后可創造年效益約為40 萬元。

5 結論

陶瓷軸承在機加池JG-15 刮泥機系統中的應用，可有效提高JG-15 刮泥機使用壽命，降低了維修成本，同時對機加池產水效率的提升起著重要作用。通過陶瓷軸承的應用，為機加池制水系統起到節能降耗作用，為企業創造可觀效益。