浅析1200×1500颚式破碎机稀油集中润滑站的技术改造

周桂祥

（大冶有色金属集团控股有限公司铜山口铜矿机动能源科，湖北 黄石 435000）

大冶有色金属有限责任公司铜山口铜矿年处理矿石132万t左右，粗碎设备是原沈阳重型机器厂20世纪80年代制造生产的1200×1500简摆颚式破碎机，其稀油润滑站是自行设计制造的产品，供油可靠性较低，保护功能单一，油箱设计、润滑油的过滤、单向阀的安装位置及管道敷设等较不合理，有必要对稀油站进行系统考虑做技术升级改造的工作。

1 稀油集中润滑站介绍

工作原理：工作时油液由齿轮泵从油箱吸出，经油滤器、单向阀、风冷却器，分配阀被直接送到各轴承润滑点。

润滑油是在油泵作用下从油箱送到各润滑点，又回到油箱。油可以循环使用，因此，可以供很多的润滑油而损耗极少。由于供油充足，油还可以带走热量，冷却效果较好。同时，可根据各轴承润滑点的要求，通过调节安全阀来确定系统供油压力。因此，稀油站广泛应用于大型、重型、高速、精密和自动化的各种机械设备中。

稀油集中润滑站有两种循环形式，一种是通过润滑泵直接将油箱中的油送到各润滑部位，然后靠重力作用使油返回油箱中。这种系统较简单，但当泵一旦出现故障时，就立即终止供油。另一种是采用高位油箱利用重力作用将油送到各润滑部位，供油量通过调节阀控制。润滑泵将油送到高位油箱，用油标观察供油情况，不断补充油量。这种循环系统在泵停止工作后，依靠高位油箱，润滑不至于立即中断。但高位油箱保持稳定油位较难控制。铜山口矿颚式破碎机的稀油站采用的是上述的第一种循环方式。

同时，主流的稀油润滑站应具备润滑、冷却、过滤、报警、自控等功能。

2 原稀油润滑站存在主要问题

（1）原润滑站保护功能单一，仅依靠电接点压力表提供压力保护。无温度、流量、液位、滤芯堵塞等关键参数保护。

（2）压力、温度、液位等关键参数只能就地人工测取或者估计，不能实现远程实时监视，操作工人劳动强度较大。

（3）稀油集中润滑站的油箱体积过小。油箱容量设计除了要考虑设备运转时所必需储存的油量外，还必须留有一定的预备裕度。同时为了将油中所含杂质和水分沉淀下来并消除泡沫，须让循环油停留在油箱内一定时间（查设计手册为20～60min）。油箱容积计算过程如下：

稀油集中润滑系统油箱容量V1=4×Q泵t/3000（V油箱容积m3，Q泵额定流量L/min，t油停留在油箱内时间min）。

V1=4×63×20/3000=1.68m3（此处取停留时间20min）

原油箱长1.3m×宽0.85m×高0.8m=0.884m3，严重不符合要求。

（4）润滑油无强制冷却装置，不能确保良好的润滑效果。

（5）原润滑站油泵及电机采用低位卧式安装。泵吸油口与润滑油箱间用钢管硬连接。需更换的齿轮泵安装尺寸因厂家不同而有所不同，安装时，会对相关管路及附件的密封性能产生一定的负面影响。

3 改造主要思路

因原稀油站油箱容积过小，旧油箱利用价值不高，故决定拆除原供油系统，重新设计安装新供油系统。改造工作关键点如下：

（1）新油箱尺寸：长1.8m×宽1.2m×高0.95m=2.05m3。

（2）齿轮泵及电机采用立式安装的方式，安装在油箱顶部，避免管路及附件的泄漏。

（3）润滑油采用节流阀分配给各润滑点，确保各润滑点油量不过剩，不亏欠。

（4）润滑油采用风冷却器进行降温，确保润滑效果。

（5）增加流量、温度、液位、滤芯堵塞等保护功能，并将相关电气开关信号传输给后台控制系统进行集中控制。

（6）供油管路中安装过滤精度为60um的滤清器，以此延长轴瓦及润滑油的使用寿命。同时，滤清器滤芯堵塞指示的压力值设定为1.2bar，旁路阀压力设定值1.5bar。

（7）油箱回油口处安装带磁棒的不锈钢回油滤网，用来回收金属屑。滤网孔径0.65mm。

（8）回油管坡度保证在10%以上，尽可能短直，减少弯头及水平高度的变化。采用橡胶油管，使油管均匀倾斜且尽可能绕过障碍物而不是越过以避免出现气阻。

（9）油箱上表面安装空气过滤器（呼吸器）来平衡油箱内外气压平衡。

现重点介绍各轴承供油的节流阀流量值的设定及润滑系统风冷却器选型安装的注意事项。

4 破碎机支承滑动轴承供油量大小的计算

滑动轴承按其承载能力形成的机理可分为三类：流体动压滑动轴承、流体静压滑动轴承、流体动静压滑动轴承。铜山口矿破碎机支承的滑动轴承属于流体动压轴承。根据流体动压滑动轴承相关参数来确定润滑油量，即通过节流阀的流量，对稀油站润滑系统相关参数的设定十分重要。相关参数收集及计算过程介绍如下：

（1）破碎机支承滑动轴承几何参数：主轴承直径D=470+0.120mm，宽度B=660mm，主轴φ=470-0.255-0.105mm。则宽径比B=660mm/470mm≈1.4。轴承瓦材质：P6sn16-16-1.8。

（2）滑动轴承工况参数：偏心主轴转速=135r/min。

求得轴颈滑动速度V=πdn=3.14×0.47×135/60≈3.32m/s。角速度ω=2πn/60=2×3.14×135/60=14.13rad/s。

（3）支承滑动轴承承受载荷情况，主要承受皮带轮、飞轮、偏心轴、连杆等载荷，将其简化后如示意图1所示。

图1 颚式破碎机支撑载荷示意图

列方程式如下：Fa+Fb=G1+G2+G3

求得Fa=Fb=133.26kN

则 主 轴 承 平 均 压 强Pm=F/BD=133.26×103/（0.47×0.66）≈0.43Mpa=43N/cm2。

（4）其他参数计算情况，由主轴颈滑动速度3.32m/s，主轴直径d=470mm，根据机械设计手册第三册第21篇21～24页表21.2-24，查得主轴与轴瓦平均相对间隙Ψm=1.32‰。

根据c=ΨmD/2进一步得出半径间隙

现用润滑油型号：46#机械油，进油油温控制在40℃，工作有效油温取50℃。从吴晓铃主编《润滑设计手册》530页附录2齿轮油常用黏度等级的换算可知，50℃时该润滑油运动黏度ηe=0.032Pa·s，或者ηe=（0.032/9.80665）×10-3=32.6×10-7N×S/cm2。

轴承载荷数F=PmΨm2/（ηen）=0.43×106×0.001322/（0.032×135/60）=10.41。

偏心率ε，根据机械设计手册第三册第21篇21～16页21.2-3表查得ε=0.63。

轴承径向承载能力系数Cp=2PmΨm2/ηe×ω

承载区端泄流量数qE1，根据机械设计手册第三册第21篇21～18页21.2-8图查得qE1=0.053。

承载区端泄流量qE1=qE1×Ψm×n×BD2

=0.053×0.00132×2.25×0.66×0.472=0.02×10-3m3/s。

轴承瓦供油槽长度la=0.7×660mm=462mm，查机械设计手册。

供油槽宽度b=0.3D=0.3×470mm=141mm，查机械设计手册。

修正参数A=1.188+1.582(la/B)-2.585(la/B)2+5.563(la/B)3=2.9369。

非承载区理论端泄流量数qE2,

末端进入轴承的润滑油压力选择Ps=0.05MPa进行计算。

非承载区理论端泄流量：qE2= qE2Ψm3D3Ps/ηe

总 流 量：qE=qE1+qE2=0.020×10-3m3/s+0.37×10-3m3/s=0.39×10-3m3/s即23.4L/min。

通过上述计算，确定通过单个主轴承的润滑流量应控制为23.4L/min。

校核最小油膜厚度是否符合设计要求。

计算最小油膜厚度h2=c×(1-ε)

根据机械设计手册第三册第21篇21～25页21.2-5表查得最小油膜厚度极限值h2lim=11um，h2＞h2lim，故相关参数的选择是合理的。

5 滑动轴承摩擦功耗的计算

由此来确定润滑系统所需的冷却当量功率，计算过程如下。

（1）摩擦数μ，根据上述参数及机械设计手册第三册第21篇21～20页21.2-17图查得μ=2.8。

（2）求得摩擦功耗Pμ=π×μ×F×Ψm×D×n

=3.14×2.8×133260×0.00132×0.47×(135/60)=1.64kW。

按照上述方法也可以求得连杆瓦的摩擦功耗。

6 稀油站风冷却器选项及安装注意事项

（1）应根据破碎机整个系统的摩擦功耗值及安全裕量，选择大小合适的当量冷却功率风冷却器。

（2）风冷却器一般是串联在稀油站的进油管路中，会产生一定的油压降。在调节系统压力时，应根据风冷却器的压降性能曲线，查询对应流量时的压降值，从而确定系统压力值。

（3）要注意风冷却器的润滑油流量通过能力与稀油站系统的供油能力进行匹配。

（4）在风冷却器的旁路上需安装安全阀。该安全阀可保护冷却器不受油泵启动时过高油压影响，也可以分流过冷的润滑油。过冷润滑油会使冷却器内部压降上升，从而迫使安全阀打开。安全阀开启设定值3bar。

（5）风冷却器风扇启停可以根据破碎机滑动轴承的最高回油温度来决定。根据实际的回油温度情况决定是否需要对润滑油进行冷却，以提供合适的油温，确保良好的润滑效果。当回油温度达到45℃时启动风冷却器，回油温度低于35℃时关闭冷却器。

（6）破碎机摩擦副产生的热量一是由由润滑油带走。二是摩擦副自身向外界散热。一般情况下，假设热量均由润滑油带走，不考虑摩擦副自身向外界的散热量，而是将这部分散热量作为安全裕量来考虑。

（7）一般润滑系统单向阀安装在油泵出口及滤清器入口之间。考虑到冷却器内有较多润滑油存在，在更换滤清器时润滑油会回流，需要多增加一个阀门进行控制，增加了管路的压降。因此，可考虑将单向阀安装在滤清器出口及风冷却器入口之间。

7 颚式破碎机特殊工况条件下稀油集中润滑站的几点思考

（1）1200×1500破碎机因启动转矩过大，因此，设计分三段启动。即皮带轮、皮带轮+连杆、皮带轮+连杆+飞轮三段按顺序逐步启动。启动的时间及停止时飞轮等的惯性较大，停止时间也会较长。因此，主轴承会较长时间处于混合润滑的状态。为降低对主轴承的影响，稀油润滑站油泵的启动应先于主机启动，油泵的停止应后于主机停止。

（2）在突然断电情况下，稀油站油泵电机与主机电机同时失电，但颚式破碎机会因较大惯性还会继续转动一段时间或者破碎腔有矿石时带负荷卡死。此时，轴承会处于一定程度的润滑不良状态，应尽量避免此种情况发生。同时，可考虑供油管道在敷设时安装一段略高于轴承位置的油管来替代高位油箱，让油管存油可以提供短时间的润滑，从而降低对轴承的磨损。

（3）因破碎机稀油站保护参数较多，且保护功能失效后对主轴承的安全运行隐患巨大。因此，各项保护功能应定期进行空投实验，确保各项保护功能灵敏有效。

（4）因破碎机回油的大部分装置长时间都暴露于高粉尘的环境中，因此，润滑油中不可避免地会混入较多非金属固体颗粒，应定期清洗或者更换滤芯及清理油箱，确保润滑油被污染程度不超标。

8 结语

2016年，铜山口矿对该破碎机除本体外其他系统进行了技术升级改造。包括对润滑液压系统进行了技术升级；对巴氏合金轴承瓦的冷却方式根据现场实际情况进行了优化；对分段启动的液压摩擦式离合器进行了技术改造；淘汰了破碎机原继电器的控制方式，对电气控制系统进行了技术升级。实现了破碎机一键启动及远程监视控制等功能。改造后的破碎机运行至今有4年时间，从实际情况看，工人的操作更简单、更准确、更高效，控制系统可靠性也增强了，润滑不良事故也未再发生。老设备通过技术升级改造焕发了新活力，取得了较好的改造效果，获得了不错的生产效益及经济效益。同时，技术人员通过查阅相关资料，反复计算和验证，进一步加深了对各参数的理解。从理论和实践两个方面相互结合进行验证，从而达到逐步提高解决问题的能力及专业素养的目的。