立磨选粉机主轴下轴承座固定装置的设计与应用

曾鲁庆

（成都建筑材料工业设计院，四川 成都 610041）

立磨选粉机广泛应用于建材、化工、冶金、电厂、矿山等行业中，原理是通过离心作用，对磨辊磨细的粉料进行选择，细粉为成品能向上通过选粉机风环进入下阶段的旋风收尘器进行收集，粗粉为次品向下通过灰斗返回立磨磨辊进行再次研磨。其基本工作原理是离心作用原理，离心作用主要依赖旋转的主轴及笼轮来实现的。

主轴是立磨选粉机旋转驱动的核心部件，其支撑方式也是立磨选粉机设计的重要课题之一。因空间限制，传统的选粉机主轴上下轴承座均设置于主轴上端部，即笼轮上部见图1，将笼轮进行悬挂安装。这种设计存在着明显缺陷，即主轴下端部容易发生摆动影响主轴对中性，主轴轴承受力性能不好造成轴承寿命的缩短，严重时造成主轴轴承的破坏失效。本文就新型下轴承座固定装置见图2的设计与应用进行介绍。

图1 传统的下轴承座固定方式

图2 新型的下轴承座固定方式

1 传统固定方式选择原因

1.1 空间限制

立磨选粉机主轴下部空间位于选粉机壳体的腰部，属于粉料流经的主要渠道，因而空间宽敞，一般比立磨磨盘直径还大，主轴下轴承座难于进行设置。立磨选粉机主轴上部空间位于选粉机壳体的颈部，空间有较大收敛，便于对主轴下轴承座进行固定。

1.2 粉尘量大

立磨选粉机主轴下部空间属于粉料的主要通道，存在着大量粉尘的磨蚀和污染作用，同时还掺杂着立磨喷水装置中喷出水分的影响，环境条件恶劣，对精密轴承部件的保护要求很高。立磨选粉机主轴上部空间不是粉料的主要通道，粉尘与水汽的磨蚀与污染情况较下部空间要好很多，对设备的保护要求稍低，精密的轴承部件受影响程度经过评估处于可接受范围，能通过一般设计进行避免。

2 传统固定方式的缺陷

2.1 对主轴不利

选粉机上下轴承均设置在主轴上端部，笼轮进行悬挂安装。这种方式造成主轴及笼轮悬空部分过长，受力状态下，主轴挠度过大，稳定性差，运转时容易产生摆动。长期运转过程中，主轴将承受额外的不规则应力，造成主轴变形，主轴变形更进一步加大主轴摆动幅度，恶性循环的结果将最终造成主轴断裂失效，产生不可挽回的损失。为了避免主轴断裂失效，工厂将不定时停机对选粉机进行检修，这样虽然避免了重大破坏的发生，但却增加了人工耗费和工厂停机损失。

2.2 对轴承不利

选粉机上下轴承均设置在主轴上端部，笼轮进行悬挂安装。这种方式使得主轴旋转的下端部离固定支撑点较远，受力状况不好，运转时主轴的对中性不好，将对上下轴承产生额外的径向附加力。这种径向附加力有时具有冲击载荷性质，有时数值还很大，长期作用下，少则缩短上下轴承的寿命，严重时会造成上下轴承破坏。

2.3 对转动部件的静平衡、动平衡不利

选粉机在制造安装时，对转动部件的静平衡、动平衡要求很高，运转前必须完成选粉机主轴与笼轮的静平衡与动平衡试验。选粉机上下轴承均设置在主轴上端部，笼轮进行悬挂安装。这种方式使得主轴及笼轮悬空部分过长，对转动部件的静平衡、动平衡将造成不利影响，为了达到相应精度，将会增加选粉机转动部件在制造安装工作中的精度，无形增加了制造安装成本。

图3 新型的下轴承座固定装置结构图

2.4 产生干涉

选粉机上下轴承均设置在主轴上端部，笼轮进行悬挂安装。这种方式造成主轴与笼轮的对中性不好，有偏斜产生，严重情况下会造成选粉机转动部件与壳体部件特别是风环在运转情况下的干涉，进而造成对各部件的破坏。其实，在工程现场中我们也曾发现笼轮与风环运转时起火花、发出异响声音的情况，这种情况的发生固然与安装工作有关，但从根本上讲与选粉机下轴承座固定的设计方式也有一定关系。

2.5 对减震不利

立磨在工作时会产生各种不规则振动，选粉机笼轮在不完全对中时也会产生不规则振动，选粉机上下轴承均设置在主轴上端部的设计方式使得主轴及笼轮悬空长度过长，对振动的避免不利。

经过多个项目的现场考察，可以发现采用传统固定方式的选粉机主轴轴承在中控反应出发热量较大，温度居高不下的情况。很多工程师认为是轴承润滑油没有加到位而产生的问题，其实他们忽略了传统固定方式对轴承产生的额外负载。

图4 新型的下轴承座固定装置俯视图

表1 新型下轴承座固定装置应用

3 新型下轴承座固定装置的结构

新型主轴下轴承座固定装置包括拉杆头、左旋螺母、拉紧螺杆、螺母、拉杆、垫板、套环、法兰、带孔螺栓、弹性圆柱销、蝶形弹簧组等见图3。拉杆头与下轴承座拉耳通过螺栓相连接，拉紧螺杆与拉杆头、左旋螺母、拉杆、螺母通过螺纹相连接，左旋螺母、螺母在安装完成后分别与拉杆头、拉杆焊接，拉杆与垫板、套环、蝶形弹簧组、法兰依次安装好后，再与带孔螺栓通过螺纹相连接并用弹性圆柱销锁死，蝶形弹簧组穿入套环中，法兰通过螺栓连接固定在选粉机壳体上，蝶形弹簧组压在法兰与套环中间，此为一组固定装置，本套装置共四组，在下轴承座圆周方向上均匀分布见图4。

拉紧螺杆与拉杆头连接处均为左旋螺纹，与拉杆连接处均为右旋螺纹，通过拧紧、拧松拉紧螺杆来调整整个装置长度，通过调整整个装置长度来改变蝶形弹簧组受力状态，通过改变蝶形弹簧组受力状态来改变施加在下轴承座上的预应力大小，通过施加在下轴承座上四个方向的预应力对下轴承座进行固定。新型主轴下轴承座固定装置的三维模型图见图5。

图5 新型的下轴承座固定装置三维模型图

4 新型下轴承座固定装置的优点

4.1 增加了转动部件稳定性

由于摒弃了选粉机主轴上、下轴承均设置在主轴上端部的设计而将选粉机上、下轴承各设置于主轴上端部和下端部，通过对选粉机主轴下轴承座施加4个方向相等的预应力来实现对下轴承座的固定，使得选粉机笼轮不再悬挂安装，改善了选粉机主轴整体受力状态，避免了选粉机下部主轴及笼轮的摆动，提高了选粉机主轴的对中性，改善了选粉机主轴上、下轴承的受力状态，提高了选粉机主轴上、下轴承使用寿命。

4.2 保护主轴

改善了主轴的受力状态，减少了主轴在长期运转过程中受到的不规则载荷，提高了主轴安全系数与使用寿命，避免了主轴摆动造成的主轴断裂失效。

4.3 有利于转动

提高了主轴的对中性，有利于主轴和笼轮等转动部件的静平衡、动平衡试验，减少了主轴和笼轮制造安装难度，有利于提高设备可靠性及降低成本。

4.4 避免了干涉

图6 应用中的新型下轴承座固定装置

主轴在两端进行固定了，使得主轴及笼轮对中性明显增加，避免了主轴偏斜不对中情况下造成的转动部件与固定部件的干涉，保护了整个立磨设备。

4.5 有利于减震

引进了蝶形弹簧组，主要目的是对下轴承座固定装置施加均匀分布四个方向的预应力，从而达到对下轴承座的固定。因为蝶形弹簧组有对冲击载荷的吸收作用，有利于减轻选粉机内外部不规则振动对主轴的影响，对上下轴承有一定保护作用。

4.6 有利于防尘

该固定装置的轴承座引入了迷宫密封、风扇双重保护，对粉尘气流进行阻隔，避免粉尘气流进行下轴承中，有效的保护了下轴承，克服了选粉机内部粉尘弥漫的弊端。同时，因为粉尘气流方向是向上流动的，在拉杆下部设置6+6耐磨堆焊钢板的保护，属于迎风面保护，通过检修时更换6+6耐磨堆焊钢板而实现了对整个固定装置的保护。

4.7 调节方便

由于采用了两端螺纹旋向不同的拉紧螺杆，与其相配合的螺纹也相应为左旋或右旋，通过直接拧紧、拧松各组拉紧螺杆实现对各组选粉机主轴下轴承座固定装置长度的调节，从而调节各组蝶形弹簧受力状态，最终实现对选粉机主轴下轴承座预应力的调节，这样使得调节工作变得简单容易，易于操作，方便设备的安装与检修。

5 新型下轴承座固定装置的应用

本设计已经获得专利授权，专利号为201720802880.3，成功应用于多个项目见表1。据现场调查反馈，该新型下轴承座固定装置运转效果良好，使用简便，易于维护，有效解决了传统下轴承座固定装置的多种弊端，提高了主轴及笼轮运转稳定性，减少了主轴上下轴承所承受的不规则载荷。据不完全统计，采用新型下轴承座固定装置的选粉机，中控显示选粉机最关键上轴承工作状态温度一般维持在30℃～50℃范围，比传统下轴承座固定装置的上轴承工作温度低5℃～10℃，效果明显。图6为应用中的新型下轴承座固定装置。