大型球磨机铜合金轴瓦烧瓦后的维修

胡子林++李晓燕+张贺

摘 要：大型球磨机主轴承铜合金轴瓦是其关键零件，轴瓦烧瓦后的维修就成了选矿厂的重大技术问题。铜合金轴瓦硬度大承载能力强，轴瓦烧瓦后变形量大，在使用前必须研瓦，保证中空轴与轴瓦之间有良好润滑油膜存在。利用ANSYS对轴承油膜进行有限元分析，得到轴瓦受力范围，确定研瓦区间，保证铜合金轴瓦维修快速准确。

关键词：铜合金轴瓦；有限元方法；研瓦

引言

大型磨机轴承为滑动轴承静压润滑，是关系磨机运转好坏的一个重要因素。大型磨机轴承主要由铜瓦、腰鼓型轴承衬体、鞍形座等组成。如果轴承的铜瓦出现烧瓦事故，整个磨机都将无法运行，这会给企业带来极大的经济损失。如何能快速准确地处理大型磨机轴承铜瓦烧瓦事故，把企业经济损失降到最低。本文介绍了采用有限元法，快速准确确定铜瓦承载区域，成功修复某企业Ф5.5×9.5m溢流型球磨机轴承铜瓦烧瓦事故。

1 铜瓦烧瓦情况介绍

某企业Ф5.5×9.5m溢流型球磨机现场烧瓦情况见图1，图1为球磨机固定端（出料端）主轴承轴瓦，图上烧瓦严重的位置为靠近端盖一侧。同时瓦口也有烧瓦情况，这说明瓦在高温作用下发生了变形。

在瓦口处的变形非常严重，瓦与衬体之间的最大缝隙8mm。此磨机轴承铜瓦烧瓦后变形严重，如何修复到烧瓦之前良好的润滑效果，成了一个巨大工程。烧瓦修复时要将瓦面与中空轴，瓦面与瓦背进行处理，使瓦面与中空轴、瓦背与瓦衬体的接触良好，保证瓦受载荷时不变形，保压效果好。中空轴与瓦之间才会有良好的润滑，未来设备在运行时，才不会再次出现磨机烧瓦事故。

2 利用有限元法确定研瓦区域

2.1 有限元模型

建立有限元模型，油膜是由磨机静压油站作用，在轴颈和轴瓦之间形成的，具有一定厚度和压力的润滑油。这些润滑油可以为运行的磨机提供良好的润滑。

2.2 划分油膜网格与施加约束[1][2][3]

ANSYS中FLOTRAN CFD提供了两种单元，二维FLUID141 单元和三维FLUID142单元。本文采用的是三维FLUID142六面体八节点单元。六面体单元具有一定的抗畸变能力，变形特性好，计算精度高等优点。采用映射网格法，把油膜分成规整的结构化网格。并在划分好的有限元模型上施加约束和载荷：油膜油腔范围内所有節点压力P=7MPa；轴承出口油膜断面上所有节点压力P=0；油膜与轴瓦接触表面上所有节点的速度Vx=Vy=Vz=0；油膜与轴颈接触表面上所有节点的速度Vx=Vy=0，Vz=wR1；施加约束和载荷后有限元模型如图2所示。

图3（油膜压力分布云图）为满足Ф5.5×9.5m溢流型球磨机轴瓦最大负载时油膜压力分布云图，油膜压力分布即为轴瓦所受压力载荷分布。轴瓦上油膜分布云图深蓝色区域压力为零，这个区域在研瓦时只需保证瓦面与中空轴的接触良好；而瓦背研瓦时只需保证有油压的区域内，瓦背与轴瓦衬体之间接触良好。

3 研瓦

研磨瓦背，研磨时，在瓦背上涂红丹检查瓦背和轴承衬体的接触率，接触面上的接触点数为在每25×25mm2面积上不应少于2-3个点。根据有限元分析结果，研磨瓦背，使瓦背与轴瓦衬体之间的受力区域达到前述研瓦要求。保证瓦受力时，瓦不变形。

研磨瓦面，研磨时，在瓦面上涂红丹检查瓦面和中空轴的接触率，接触面上的接触点数为在每25×25mm2面积上不应少于2-3个点。根据有限元分析结果，研磨瓦面，使瓦面与中空轴之间的受力区域达到前述研瓦要求。保证瓦受力时，瓦不变形。研好后的瓦安装到轴承衬体上，放回到主轴承中接好油管开启静压油站检查筒体浮起量（即油膜厚度）。筒体最小浮起量要大于0.2mm。用磨机慢速传动装置转动筒体，在圆周方向上检测4个点的筒体浮起量（油膜厚度）都在0.29mm左右，符合磨机运行条件。

4 结束语

运用有限元方法计算Ф5.5×9.5m溢流型球磨机主轴承油膜压力分布，确定主轴承轴瓦受力分布。根据主轴承轴瓦受力分布情况，确定研瓦工作区域，准确快速修复Ф5.5×9.5m溢流型球磨机主轴承铜合金轴瓦。大型磨机铜合金轴瓦的成功修复，为大型磨机使用企业提供了宝贵的维护经验。有限元方法不仅可以为大型磨机设计提供理论依据，同时也可以为大型磨机维修提供理论依据。

参考文献

[1]邓凡平.ANSYS10.0有限元分析自学手册[M].人民邮电出版社，2007（1）.

[2]杜平安.有限元网格划分的基本原则[J].机械设计与制造，2002（2）.

[3]刘刚.大型球磨机静压轴承CAE技术应用研究[D].吉林大学，2007.

*通讯作者：胡子林