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拋丸機拋頭軸承的失效分析及維護策略

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拋頭軸承是拋丸機組內的關鍵部件, 也是較易損壞的部件。本 文 通 過拋丸機拋頭軸承在各種條件下的使用壽命分析, 提出較為經濟實用的維護方法。
1. 軸承工作條件及失效分析
拋頭采用 2313 調心滾子軸承, 轉速 3500r /min,較大輸入功率 15kW。軸向雙端固定, 預緊量可調;徑向與軸和拋頭直接配合, 無調節裝置。載荷變化劇烈, 振動大。
通過大量的失效觀察, 2313 軸承在工作中的主要失效類型有: 外圈的過量變形失效、外圈的過量磨損失效、滾動體的過量變形失效、滾動體的剝落失效、保持架的斷裂失效、內圈的點蝕失效。引起失效的主要原因有機械振動、磨粒磨損和潤滑劑高溫失效下產生的堅硬燒結物。
2. 對應的維護策略
( 1) 潤滑劑的質與量 由失效因果圖 1 可見,潤滑劑是引起失效的重要原因。潤滑劑同時有降低摩擦, 減小振動, 密封軸承等多種作用, 是必不可少的。潤滑劑在反復溫升、強烈撞擊的條件下, 會出現凝 脂 萎 縮 和 基 礎 油 的蒸發, 當 基 礎 油 損 失 達50% ~ 60% 時, 潤滑劑即喪失潤滑能力。而且會氧化變質形成堅硬的雜質, 加速軸承的磨損。因此應嚴格控制潤滑劑的質與量, 取得達到軸承較高壽命的較佳點。 失效因果圖
圖 1 失效因果圖雖然拋丸機軸承承受較大的交變載荷, 也不能選用含有諸如二硫化鉬等添加劑的潤滑脂, 因為磨損才是引起失效的主要因素。耐溫性能、高速性能、經濟性是我們考慮的主要因素。3 號鋰基脂是比較合適的油品。
試驗選取 4 臺 QZG—S1000 拋頭分別每月固定加注10mL、20mL、40mL 和 80mL 的 3 號鋰基脂, 直到軸承失效, 記錄軸承壽命天數, 得到軸承使用壽命記錄 A( 見圖 2) 。試驗結果表明, 每月注油量在 40mL 左右時軸承達到較高壽命, 潤滑劑過少則潤滑不足, 過多則發熱過大, 都將對軸承的使用壽命造成不利的影響  軸承使用壽命記錄
圖 2 軸承使用壽命記錄 A( 2) 保持架的改進 2313 軸承保持架為鋼板沖壓件, 在工作中受到劇烈變化載荷的沖擊而產生裂紋, 較終斷裂, 喪失夾持滾動體的作用, 使滾動體在某一處聚集不能均勻排列, 引起強烈的偏心, 造成軸承安裝孔的磨損。其碎片不斷被潤滑劑帶入,碎片形狀不規整, 體積大, 硬度高, 成為軸承磨損的主要物質。由保持架的斷裂造成并誘發的軸承失效約占總失效數的 60% 。
軸承的轉速較高, 無保持架的滿裝軸承并不適合。酚醛層壓布管實體保持架雖然強度不如鋼板沖壓件, 但其韌性有很大提升, 有利于防止保持架的斷裂,并且它的硬度很低, 斷裂后也不會造成另外的危害。實踐也證明, 采用酚醛層壓布管實體保持架的 2313T 軸承, 使用壽命可顯著提高約 40 個工作日。而其價格僅比 2313 軸承多 100 元左右, 是很經濟的改進方案。
( 3) 振動的控制 因果圖顯示, 機械振動是引起軸承失效的根本原因, 但由于拋丸機的工作原理及其制造工藝, 機械振動難以消除。拋丸機葉片產生的負載不平衡, 軸承變形產生的偏心和軸承安裝孔磨損產生的偏心是引起振動的主要因素。
調整葉片的動平衡, 增大軸承的預緊力, 對減小振動有較好的作用。另外, 也要考慮到維護的成本。通過記錄在不同的拋頭維修次數下軸承的使用壽命, 我們得到軸承壽命記錄 B ( 見圖 3) , 從記錄可以看出, 每一次的軸承更換, 都會對主軸的直線度、軸承座的尺寸等產生不良的影響, 使軸承與主軸、軸承座的配合喪失精度, 在運轉中振動加劇,造成更快的磨損和噪聲。軸承使用壽命隨著軸承更換次數的增多而減少, 軸承工作環境的不斷惡化使維護工作的效益越來越低。 軸承壽命記錄 B
圖 3 軸承壽命記錄 B設定軸承 2313T 購得價格為 540 元, 維修成本為每人每小時 15 元, 共需兩人 2h 修復, 停機損失為每小時 50 元。則可計算出各次更換在一年內造成的損失分別為: ( 15 × 2 + 50) × 2 + 540 = 700 元; 12 /8 ×700 = 1050 元; 12 /6 × 700 = 1400 元; 12 /6 × 700 = 1400元; 12 /5 × 700 = 1680 元; 12 /3 × 700 = 2800 元; 12 /2× 700 = 4200 元; 12 /1 × 700 = 8400 元。當進行到第六次更換時, 平均損失為 700 + 1050 + 1400 + 1400 + 1680+ 2800 = 9030 元, 已接近拋頭總成的價格約為 1 萬元, 進行第七次更換將超過更換總成的價格。因此,我們認為軸承在進行第六次更換后, 拋頭達到其經濟壽命, 已不具備維護價值。
3. 結語
從失效分析得知, 機械振動是失效的根本原因,潤滑劑燒結物和保持架的碎片是失效的主要原因。較佳的維護策略為, 改用酚醛層壓布管實體保持架的 2313T 軸承; 每月加注約 40mL 的 3 號鋰基潤滑脂, 在使用中, 注意調節葉片的動平衡和軸承的預緊力; 在軸承更換六次后, 達到其經濟壽命, 應換裝新的拋頭總成

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