修磨机主轴润滑与密封的分析和研究

王耀，张小建

(上海西重所重型机械成套有限公司，上海 201900)

修磨机主轴润滑与密封的分析和研究

王耀，张小建

(上海西重所重型机械成套有限公司，上海 201900)

对修磨机主轴润滑和密封的方式进行了分析，介绍了三类修磨机主轴在生产中存在的润滑与密封问题及设计制造要点。指出小功率(小于37 kW)的修磨机可采用干油润滑，双侧选用迷宫密封，砂轮的装拆侧增加轴封。大功率(大于55 kW)的修磨机可采用稀油润滑，双侧选用骨架密封。热钢生产和特殊修磨机，采用油气润滑。

修磨机;磨机主轴;润滑;密封

0 前言

修磨机在冶金行业主要应用于板坯、方坯、棒材、钢管的表面磨削，去除钢材表面的氧化皮，探伤后发现的缺陷，或者对材料的尺寸进行修磨。修磨机的特点是工件磨削量大，磨屑量多，工作温度高，振动大，转速高。磨头主轴作为设备的关键部件，生产要求其具备工作稳定，易于装配、维修和更换。

在现场使用的过程中发现，润滑和密封失效是导致主轴失效的主要原因。当润滑不足或者有杂质进入主轴箱后，由于主轴转速高，温升和磨损会很快使磨头损坏。

1 磨头机主轴的润滑方法分析

磨头机主轴的润滑方法分为干油润滑、稀油润滑、油气润滑。

1.1 干油润滑

干油润滑如图1所示，根据生产和维修的需要，可采用集中润滑和人工加油两种方式。干油通孔需开到轴承的工作位。干油采用高速性能好，锥入度较大的润滑脂。轴承两侧采用迷宫密封，间隙根据工况控制，在安装砂轮的一侧增加一组骨架密封或者防尘圈。需要指出的是密封面的粗糙度一定要符合密封圈产品的要求，否则密封效果很差。另外，由于主轴转速高，产生热量大，最好采用耐高温的氟橡胶材料。

当主轴呈垂直或斜置时，需要注意磨屑从上方迷宫进入轴承产生磨损，也需要防止干油从下方的密封泄露出去，造成润滑失效。如图2所示，上、下两个轴承分别通过两个加油通道加油，两个轴承中间增加一个迷宫密封，减缓干油向下的速度。下部轴承处增加一个骨架轴封，封住腔体内部的干油。在上部的V型密封外增加一处排屑槽，当磨头工作时，利用其产生的振动，将磨屑排出。

图1 卧式磨头主轴的干油润滑Fig.1Lubrication of horizontal spindle

图2 斜置磨头主轴的干油润滑Fig.2Dry oil lubrication of inclined spindle

1.2 稀油润滑

当修磨机功率增大时，干油润滑不能满足主轴工作的需要。采用稀油润滑，不但为轴承提供轴承润滑油，而且可以带走热量。大功率的磨头通常采用齿轮传动，稀油润滑亦可带走齿轮表面的热量。主轴稀油润滑原理如图3所示。

稀油润滑系统中的稀油通过P1泵，在分配器上调节油量，喷到各个润滑点上。P2泵将进入主轴箱的稀油抽出，送回到润滑站。P1泵的输入量和P2泵的输出量通过控制器的调整，保持主轴箱内的油处于合适的油位。

稀油润滑的密封大多采用带副唇的骨架油封，此处需要注意密封处主轴的接触面易于磨损，在加工中需要对主轴表面的密封处进行硬化处理。

图3 主轴稀油润滑原理图Fig.3Thin oil lubrication principle diagram of spindle

图4为主电机为250 kW的磨头主轴图，其中高速轴两处轴承，中间轴两处轴承，工作轴两处轴承，输入、输出两对齿轮，均需要润滑和冷却。

图4 齿轮传动磨头主轴稀油润滑Fig.4Thin oil lubrication of gear spindle

1.3 油气润滑

在特殊的场合或特殊结构的修磨机，普通的稀油润滑效果无法满足生产需要时，主轴承采用油气润滑来实现。

钢管内圆修磨机的主轴一般长4～5 m，其中的支撑轴承多，发热量大。干油润滑达不到效果，稀油润滑的结构又不适应此种结构，采用油气微量润滑装置对各润滑点定时定量供油，即可实现冷却和润滑的效果。

如图5所示，压缩空气通过涡流管后，产生冷空气。冷空气通过油气微量润滑装置的混合阀带走定量的润滑油，喷至各润滑点。频率发生器用来控制冷空气喷吹的时间和节奏，增压活塞将油液压力增高按指定的量排至混合阀。在生产实践中，通过调节冷却的空气量和润滑油量，可以满足生产的需要。

图5 内圆磨头主轴油气润滑示意Fig.5Oil-air lubrication of inner dressing spindle

更为复杂的油气润滑应用在恶劣的生产环境中。图6为主电机为315 kW的磨头主轴图，其用于磨削温度为700℃的不锈钢板坯。该主轴采用油气润滑系统对其中的齿轮和轴承进行润滑和冷却。油气混合后，按PLC指定的量喷吹到齿轮和轴承上，通过空气带走主轴内部的热量，润滑油对各点进行润滑。由于其油气量非常大，易在主轴箱内形成高压，对密封产生负作用，所以安装了排气阀平衡气压。主轴箱内的稀油通过抽油泵定量抽回到稀油箱，平衡箱内的油量。

图6 热磨削齿轮传动油气润滑示意Fig.6Oil-air lubrication of hot grinder spindle

2 存在问题及设计制造要点

修磨机主轴在工作中，润滑和密封通常会出现以下的问题，而导致不能正常使用。

2.1 存在问题

(1)润滑油(脂)无法满足生产。润滑系统在工作初期往往比较正常，随着使用的继续，在设备的维护过程中，由于加油(脂)量的不足，拆装主轴过程中破坏原有的零部件，造成润滑系统偏离了原有设计条件，无法满足生产要求。

(2)密封失效。主轴的转速高，密封面的线速度高是造成密封失效的主要原因。同时，密封面接触的粗糙度对密封效果也很关键。

从密封件的点检维护出发，密封件的检查和更换麻烦也会增加现场人员工作的难度，最终影响密封的维护，导致失效。

2.2 设计制造要点

修磨机主轴润滑、密封的可靠运行要从以下几方面注意。

(1)选取可靠的设计方案。根据修磨机的生产工况，选用不同的润滑密封方案。小功率(小于37 kW)的修磨机可采用干油润滑，双侧选用迷宫密封，砂轮的装拆侧增加轴封。如主轴为立式(或斜置)，上下轴承需独立加油。密封要考虑磨屑的走向，可适当增加密封。此类润滑主要应用在钢管、棒材的外圆磨。

大功率(大于55 kW)的修磨机可采用稀油润滑，双侧选用骨架密封。此处需注意的是，主轴箱的进出油量的控制，不能多也不能少，需通过自动控制满足。此类润滑主要应用在方坯和板坯的修磨机。

对于热钢生产和特殊修磨场合，采用油气润滑，可以在保证润滑的同时，通过气体带走热量。

(2)严格控制关键零件的制造。关键零件需严格控制的方面如下:迷宫密封的密封环间隙控制在0.3～0.8 mm，其同轴度的要求应控制的7级精度以上;V型密封，接触的密封面粗糙度应在Ra0.8～Ra1.6。粗糙度太高易漏油，太低则造成轴封磨损;同密封接触的轴面，需要淬硬，一般取HRC 30～40。

(3)注意润滑和密封的保养。在修磨机工作的过程中，需要定期检查润滑加油(脂)的量，检查密封面的可靠性，如果出现问题一定要及时更换，否则设备会很快失效。

3 结束语

通过对修磨机主轴润滑及密封系统的各种类型的分析和研究，为冶金生产中各种类型非标修磨机的设计、制造及使用提供不同思路的参考方案，以提高其主轴润滑密封系统的可靠性。

［1］曹晓东.不锈钢板坯修磨机磨头装配的探讨［C］.2011年全国高品质特殊钢生产技术研讨会文集，2011.

［2］王耀，新型钢管内外圆修磨机的技术特点［J］，重型机械，2006(S1).

［3］Trelleborg.旋转密封［EB/OL］，www.tss.trelleborg.com/cn，2009.

［4］Freudenberg集团.骨架油封和旋转密封［EB/OL］www.tsmt.com.cn，2009.

［5］潘建新.高速主轴及其润滑冷却形式［J］.润滑与密封，2006(6).

［6］李明.国产圆钢表面修磨机在兴澄特钢的应用［J］.冶金设备管理与维修，2009(6).

［7］窦锋.油气润滑技术及应用［J］，重型机械，2011 (4).

［8］张建波，高速轴密封的结构［J］.机械制造，2001 (6).

［9］刘建红.一种高压高速旋转轴用密封的实用设计研究［J］，润滑与密封，2008(8).

［10］余常武.面向磨削主轴的间隙式密封性能分析［J］.润滑与密封，2013(6).

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，四川遂宁人，高级工程师，主要从事冶金设备的设计。