矿用磨机主轴承的对比分析及选用

磨机是一种典型的粉磨设备，在金属、非金属 选矿以及冶金、建材、化工和电力等行业的粉碎作业中得到了广泛的应用。主轴承是矿用磨机的重要部件之一，不仅承受筒体、磨料和矿浆等产生的静负荷，而且承受转动过程中磨料拋、泻所产生的动负荷，以及给料过程中的冲击负荷，其量值往往达到数百吨。

目前矿用磨机的主轴承主要有动静压轴承、静压轴承和滑履轴承等，总的来说，这几种轴承都属于滑动轴承范畴，但各有特点。随着工业技术的发展，对机器的性能以及环保节能等方面的要求也越来越高，在磨机的设计和运行中对主轴承的设计、使用和维护要求也大大提高；其次，随着球磨机规格的增大，轴颈直径也随之增大，轴承系统需要能承受由更高负荷和更大轴颈共同产生的大轴颈变形。故选用合适的主轴承就显得尤为重要。在总结几种常用主轴承的基础上，探讨了不同类型主轴承的优缺点，阐述了主轴承的选用原则及方法。

1 矿用磨机主轴承的类型及特点

1.1动静压轴承

最初磨机规格较小时，基本上都是用此类主轴承。其工作原理是，磨机还没运转时，先启动润滑站的高压泵，高压油进入到主轴承的油腔中顶起中空轴，在轴承和中空轴之间形成一层油膜，当磨机筒体开始旋转时，利用轴承的楔形油腔产生的动压效应，在轴承和中空轴之间形成一层稳定的油膜，同时润滑站的高压系统停止供油，低压系统向主轴承的顶部供 低压油，低压油洒在旋转的中空轴上，对已经形成的油膜进行油量补充。动静压轴承的结构如图1所示。

动静压轴承轴瓦上只有一个高压油口，轴瓦表面覆盖了一层巴氏合金，轴承在启动之后，即正常工况下为动压润滑，由于轴承的平均比压小于弹流润滑理论的平均比压(基数为107），而且轴承的转速较低， 故属于低速重载轴承润滑理论。静压油腔在常工作时为封闭油腔，且面积较小，对动压承载力影响较小，因此动压轴承压力计算时可以略去。

承载能力系数

式中：F为外载荷；ψ为相对间隙；η为润滑油在轴承平均工作温度下的动力黏度；D为轴承直径；ω为中空轴角速度；B1为轴承宽度。

由式（1）可知，影响轴承的承载能力参数有润滑油黏度、轴承直径、轴承宽度、轴颈转速、相对间隙以及轴承的结构。在轴承润滑油、轴颈直径和转速确定的情况下，主要受到宽度和相对间隙的影响，特别是相对间隙，这也是设计的重点。

相对间隙有以下经验公式

式中n为中空轴转速。

由此可知，在磨机主体都确定的情况下，影响动静压轴承主要承载能力的因素只有轴承宽度。轴承越宽，其承载能力强，但增加轴承宽度，中空轴的宽度也相应增加了，这无疑增加了磨机的成本；所以轴承宽度不能增加太多，这就限制了动静压轴承的承载能力。由于在磨机运转时不用再往轴承中供高压油，所以对动静压轴承相配套的润滑站的高压系统要求相对较低，故润滑站的成本要相对较低些。

1.2静压轴承

随着磨机规格的不断增大，动静压轴承已不能满足磨机的发展要静压轴承。其工作原理是，在磨机运转过程中液压系统持续向轴承供高压油,依靠高压油使轴承和中空轴之间形成承裁油膜，使轴颈和轴承相对转动时处于完全液体摩擦状态: 摩擦因数很小，一般在0.000 1-0.0004之间，因此启动力矩小,效率高。静压轴承的结构如图2所示。

静压轴承的油膜不像动压轴承的油膜那样受到速度的限制，因此能在极低或极高的转速下正常工作，油膜刚性大，具有良好的吸振性。由于静压轴承是依靠高压油的压力形成承载油膜，所以其承载能力越取决于液压系统，对于液压系统要求较高，因此和静压轴承相配套的液压系统成本相对较高。

1.3 滑履轴承

随着超大规格矿用磨机的出现，滑履磨机开始应用到矿用磨机中。矿用磨机使用的滑履轴承通常为四滑履结构，轴承表面采用巴氏合金，滑履（托瓦）下部凸球体为球面结构，能自动调整，允许磨机有一定变形和轴向伸缩，轴承表面不受损坏。轴承采用高压强制润滑，每个托瓦瓦面上有5个油腔，其中中间为主油腔，四周4个为副油控。磨机启动前和运转中一直供高压油，高压油经分流马达进入托瓦主油腔，经节流器分流至副油腔进行调节，保证油膜厚度一致，为磨机运行提供不间断的静膜(> 0.1 mm), 磨机运行中高压油路的压力指示可以用来间接反映磨机负栽的情况。当磨机停止运转时高压油仍将轴颈浮起，轴颈在托瓦中逐渐停运，使瓦面不被擦伤。在磨机启动之前。向凸球体球面供入高压油。以便于球面自调心，磨机运转约15min后停止此路高压油。每个止推瓦块的2个止推面上各有1个油枪，磨机启动前和运转中一直供高压油。每个滑履下面有液压调节机构，可调节滑履高度，单个滑履拆除不需要顶起磨机。油封外罩可以完全罩住磨机回转部轴承表面，外罩设有检修口、可活动检查门，并用油脂密封，滑履轴承的结构如图3所示。

图3可以看出，整体轴承分解为数个单独的滑履，支撑在球磨机通体的滑环上。大型球磨机采用这个结构，在缩短2个轴承的间距，改善筒体受力状态，进出料口尺寸不受轴颈限制，但结构复杂，成本较高，同时其调试比较麻烦。

2 主轴承的对比分析及选用

主轴承的选用既要满足磨机承载能力的要求，又要考虑成本。动静压主轴承由于受轴承宽度的限制，能力有限，但其相配套的润滑站成本较低，故动靜压轴承常用于中小磨机上；静压轴承承载能力高，运转平稳，但由于对润滑站的要求较高，导致润滑站的成本提高，故静压轴承常用于大磨机上；滑履轴承结构复杂，本身的制造成本较高，且用于矿用磨机的实践经验较少，故通常只有在特大型磨机上才会选用滑履轴承。此外，从可靠性角度看，动静压轴承正常运转时，依靠轴瓦和中空轴相对运转形成的动态油膜承载负荷，油膜的厚度和质量与轴承本身的制造和安装有很大关系，发生故障的概率相对高一些，可靠性低；静压轴承正常工作时，依靠高压油将中空轴顶起，在瓦和轴之间形成一层高压油膜，即使轴承的制造和安装出现一些误差，对高压油膜的形成也不会产生太大影响，所以可靠性高一些；滑履轴承由于本身的结构特点，在实际安装中，调节4个滑履块的同步性非常困难，调整完正常运转后也经常会出现不同步的现象，所以容易出现故障，可靠性低。3种主轴承的对比如表1所列。

3 结语

通过对3种不同的主轴承进行对比分析，总结了各自的优缺点，提出了主轴承的选用原则，并结合生产实际分析了这3种主轴承的适用情况，为矿用磨机主轴承的选用提供借鉴。

参考文献

《矿山机械》第43卷2015年第四期 作者：冯静霞，王晓兵，杜明凯，等