中高速紙機(jī)烘缸軸承裝置的設(shè)計(jì)

1、中高速紙機(jī)烘缸軸承裝置的設(shè)計(jì)摘要：介紹在18306250mm烘缸軸承裝置設(shè)計(jì)中采用的新技術(shù)，如錐頸軸、CARB軸承隔熱套、稀油潤(rùn)滑，同時(shí)探討了降低軸承溫度的原理。推薦選用CARB軸承可在軸承的內(nèi)部，內(nèi)圈相對(duì)軸承外圈的滑動(dòng)解決烘缸的熱伸長(zhǎng)，預(yù)防周急劇膨脹溫度劇烈升高。傳動(dòng)側(cè)的有效的隔熱套隔熱，減少由傳導(dǎo)引起的溫度升高。關(guān)鍵詞：軸向位移；CARB圓環(huán)滾子軸承；隔熱套目前紙機(jī)正朝著高速、寬幅方向發(fā)展。國(guó)內(nèi)已經(jīng)可以制造幅寬5650mm、設(shè)計(jì)車(chē)速800m/min的紙機(jī)。在18306250mm、設(shè)計(jì)壓力0.8MPa的烘缸軸承裝置中，采用那些新措施能夠避免熱膨脹的影響，降低軸承運(yùn)行的溫度，延長(zhǎng)軸承工作壽命，

2、結(jié)合引進(jìn)的資料，先作以探討。1 錐頸軸錐頸軸即推卸套與軸頸連成一體，錐度軸承直接安裝其上。這可以減少軸頸、推卸套、軸承座加工形狀在同軸度的誤差疊加，提高運(yùn)行精度。2 選用CARB軸承由于熱膨脹的影響，軸承配置必須為其留出自由移動(dòng)量。紙機(jī)一般采用傳動(dòng)側(cè)軸承軸向固定（包含軸承配置為齒輪安裝于齒輪箱內(nèi)的形式），操作側(cè)軸承配置必須是軸向自由移動(dòng)的形式。常采用球面輥?zhàn)虞S承。操作側(cè)軸承與傳動(dòng)側(cè)軸承相同。如23144CC/W33C4，其軸向位移是靠軸承外圈在軸承座內(nèi)圈上的位移滑動(dòng)、幾乎是整個(gè)軸承移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖1箭頭所示。我們選用傳動(dòng)側(cè)23144CCK/W33軸承，軸向方向位置固定，操作側(cè)C3144KC4

3、新型的CARB軸承（ 字母符號(hào)代表CCARB，K1：12，W33軸承外圈又油槽及3個(gè)油孔，C4間隙大于C3，大于普通級(jí)）。依靠CARB軸承自身軸承外圈與軸承內(nèi)圈的相對(duì)位移來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖2箭頭所示。2.1 烘缸的軸向熱膨脹量的計(jì)算L=L（t2-t1）=0.00001057000（175-10）=12.5（mm）烘缸材料的線膨脹系數(shù)，對(duì)于灰鑄鐵取0.0000105L兩軸承間距離，mmt1車(chē)間最低溫度，取t1=10t2烘缸最高工作壓力下的溫度，取t2=176，P=0.8MPa其伸長(zhǎng)量較大，圖中S值必須大于伸長(zhǎng)量23mm2.2 CARB軸承CARB軸承是SKF公司推出的專為加熱輥筒設(shè)計(jì)的一種全新型的徑向

4、滾子軸承，如圖2所示。其R值大部分成直線，內(nèi)圈的外滾道為凹弧面，輥?zhàn)娱L(zhǎng)而稍具弧面，且對(duì)稱于軸承中心。優(yōu)良的滾道與輪廓的配合是軸承負(fù)荷能均勻分布，并降低了運(yùn)行時(shí)的摩擦，室內(nèi)外圈能相互進(jìn)行軸向位移。精確地設(shè)定徑向游隙，可自動(dòng)到位。因而具有球面滾子軸承的自動(dòng)調(diào)心能力，和圓柱滾子軸承的軸向位移特性。它還擁有滾針軸承的緊湊截面。無(wú)論內(nèi)圈是否相對(duì)外圈有軸向位移和成不對(duì)中情況，都能使負(fù)荷平均作用在整個(gè)滾子的位置上，在有角度誤差或軸向位移的情況下，能可靠的運(yùn)行，且工作壽命長(zhǎng)，允許軸向位移在內(nèi)部進(jìn)行。其整體性能大為優(yōu)越，見(jiàn)表1。近幾年的進(jìn)口紙機(jī)多采用該類型的軸承。表一 軸承性能比較軸承型號(hào)內(nèi)經(jīng)mm外徑mm寬度m

5、m額定靜負(fù)荷可kN額定動(dòng)負(fù)荷kN疲勞負(fù)荷極限kN額定轉(zhuǎn)速r/min重量KgC3144Kc42203701201900290024519005123144CCK/W33C4220370120158027502321200562.3 軸承的軸向位移量23144CCK/W33C3軸向位移僅2.3mm，軸承C3144KC4軸向位移22.3mm，由角度誤差造成的允許軸向位移的減少量為6.84mm，由于游隙的減少得出的允許軸向位移的減少量為11.19mm（計(jì)算過(guò)程省略）。從以上兩個(gè)值中較少的一個(gè)6.84mm相減，實(shí)際位移量為15.46mm，可滿足要求。2.4 軸的伸長(zhǎng)過(guò)程圖一所示中，開(kāi)始伸長(zhǎng)在軸承內(nèi)部進(jìn)行

6、，當(dāng)熱力大于由重量產(chǎn)生的摩擦力時(shí)，外圈相對(duì)軸承座開(kāi)始滑動(dòng)，產(chǎn)生抖動(dòng)，然后靜止，再重復(fù)，開(kāi)機(jī)停機(jī)時(shí)，再重復(fù)。抖動(dòng)時(shí)，軸承溫度會(huì)驟然升高。圖1（右）所示為前幾年進(jìn)口紙機(jī)多采用的結(jié)構(gòu)，在軸承外圈的下方的軸承座中采用兩個(gè)銅制的半扇形滑塊，滑塊的尖端與軸承外圈相接觸，滑塊的半圓形的弧形隨軸的伸長(zhǎng)在軸承座的銅條平面上轉(zhuǎn)動(dòng)，仔細(xì)觀察其痕跡，發(fā)現(xiàn)總有2-3條抖動(dòng)的印記，可以驗(yàn)證該過(guò)程。因此該結(jié)構(gòu)便于檢查，提前維修。圖2所示為CARB軸承，軸承內(nèi)圈與滾子間的摩擦系數(shù)小，因而需要克服的摩擦力也小，在軸向幾乎可以自由移動(dòng)，允許軸向位移在軸承內(nèi)部進(jìn)行，且考慮到了角度誤差的影響這樣也可防止軸承外圈熱膨脹使外圈與軸承座配

7、合間隙過(guò)小。普通軸承外圈軸向移動(dòng)發(fā)生困難，在烘缸軸向力的作用下，軸承座溫度會(huì)產(chǎn)生驟然升高的現(xiàn)象。2.5 軸承的徑向游隙通常在啟動(dòng)時(shí)游隙會(huì)不夠，而正常工作又嫌太大。一般取C3或C4即可，通常取C3。高速紙機(jī)配有全密閉氣罩，在北方安裝，冬天室溫達(dá)-10以下，溫差較大，雖采用CARB軸承，但為第一次選用，取C4。徑向游隙克服徑向膨脹，也影響軸承的溫度。3144CCK/W33C4，游隙在0.32-0.41之間，安裝后允許的剩余游隙0.18mm。C3144CK的CARB軸承游隙在0.363-0.46mm之間，安裝后允許的剩余游隙0.23mm，可現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)。2.6 軸承座內(nèi)徑尺寸公差通常選用H7或G7，考慮

8、到采用CARB軸承，我們采用G7。3 烘缸軸徑的隔熱3.1 軸徑隔熱的分類烘缸正常工作時(shí)，內(nèi)部通有130到200之間的飽和蒸汽，通過(guò)熱傳導(dǎo)，能量通過(guò)烘缸壁傳導(dǎo)到紙中的同時(shí)，通過(guò)軸徑傳到軸承上軸承便有溫度。尤其是在進(jìn)汽傳動(dòng)側(cè)啟動(dòng)時(shí)，通入的有時(shí)甚至為過(guò)熱蒸汽，軸承溫度更高。能否采取局部辦法將其隔開(kāi)，減少其熱量直接傳到與軸承呢？便有了隔熱套的產(chǎn)生。隔熱套主要有隔熱套隔熱、端面隔熱、隔熱套與端面同隔熱，如圖三所示。在啟動(dòng)階段，溫度是逐漸快速遞增的過(guò)程，在工作時(shí)相對(duì)穩(wěn)定，軸徑的溫度高于內(nèi)圈，軸承的外圈與內(nèi)圈及軸徑的溫度有一定的差別。常說(shuō)的軸承溫度指以橫截面的平均溫度，作為典型的軸徑溫度。用紅外線測(cè)溫計(jì)測(cè)

9、量的溫度為軸承外圈溫度。3.2 隔熱套隔熱即把蒸汽用鋼管輸送，與軸徑用空氣隔開(kāi)?？諝獗葻彷^小，導(dǎo)熱系數(shù)低，比鋼小0.005以上。熱量是通過(guò)輻射和對(duì)流散逸的，相對(duì)來(lái)說(shuō)不受間隙厚度的影響，一般5mm后的間隔就合適。而且當(dāng)其達(dá)到一定的熱量，變?yōu)檎羝蛏险舭l(fā)，與新鮮的空氣自動(dòng)流通。其結(jié)構(gòu)為隔熱套一端固定于烘缸蓋內(nèi)側(cè)，而另一端密封區(qū)需要嚴(yán)軸向位移。這是由于隔熱套與軸徑的材質(zhì)不同、熱脹冷縮系數(shù)不同引起的。（當(dāng)然兩者的溫度差別也很大楊鳳昆加注）圖4所示為隔熱套。3.3 端面隔熱即采用具有良好的隔熱性能的抗蒸汽的熱阻材料，將端面與蒸汽隔開(kāi)，一般5mm的墊片合適，PTFE既是一種較合適的材料。其結(jié)構(gòu)為5mm后的

10、中空的圓柱形的大墊片。隔熱區(qū)有一個(gè)機(jī)加工通氣孔，將隔熱空帶與周?chē)諝庀噙B，以便泄漏時(shí)有所警覺(jué)，泄漏后將絲絲作響的通氣孔賭死，等待下次維修。國(guó)外有的公司直接在隔熱區(qū)通有8個(gè)孔，保證空氣與大氣相通，隔熱效果好，但運(yùn)行時(shí)若泄漏，堵死通氣孔較難。也有直接強(qiáng)制通風(fēng)的，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較大。常采用僅一個(gè)通氣孔。3.4 效果比較查文獻(xiàn)圖表知，轉(zhuǎn)速為130rpm，油流量為2L/min，啟動(dòng)階段使用180的熱蒸汽，連續(xù)工作時(shí)用130的飽和蒸汽，在啟動(dòng)后15min內(nèi)，軸承內(nèi)圈的溫度為109，外圈的溫度為57；連續(xù)工作時(shí)，內(nèi)圈的溫度為107，外圈的溫度為86。選用軸徑隔熱套隔熱后，自啟動(dòng)后15min內(nèi)，軸承內(nèi)圈的溫度

11、為77，外圈的溫度為55；連續(xù)工作時(shí)，內(nèi)圈的溫度為83，外圈的溫度為74。即內(nèi)圈降溫約24，效果極其明顯。隔熱套與端面隔熱即完全隔熱，自啟動(dòng)后15min內(nèi)，軸承內(nèi)圈的溫度為70，外圈的溫度為54；連續(xù)工作時(shí)，內(nèi)圈的溫度為77，外圈的溫度為72。內(nèi)圈溫度又降低了5。圖3為較好的一種設(shè)計(jì)，斷面與缸體為凸形結(jié)構(gòu)。采用膨脹石墨材料加彈簧的結(jié)構(gòu)，當(dāng)材料易損后可借用軸向彈簧之力做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。我們采用隔熱套與斷面同時(shí)隔熱，去掉彈簧，僅將套加長(zhǎng)，超過(guò)端面墊片3mm，讓其自由伸長(zhǎng)仍密封的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)。即使隔熱失效，其效果和非隔熱一樣使用。隔熱套對(duì)低速潤(rùn)滑脂的紙機(jī)也有一定的效果。軸孔和端面同時(shí)隔熱，使軸徑和軸承在外圈

12、的溫度接近一致，在軸承以外的范圍內(nèi)獲得一個(gè)較均勻的分布，使軸承溫度最低，改善了潤(rùn)滑條件。4 稀油潤(rùn)滑在烘缸部普遍采用集中循環(huán)油潤(rùn)滑。潤(rùn)滑量取Q=2-3L/min為好，流量在3L/min以上，在增加流量降溫的效果就不明顯了。目前，常用潤(rùn)滑油有ISO VG150和ISO VG220兩種，我們推薦用ISO VG220潤(rùn)滑油。當(dāng)然，潤(rùn)滑很重要，良好的潤(rùn)滑可使軸承溫度再降5。其主要作帶走油軸承循環(huán)產(chǎn)生的磨擦熱量。至此，軸承正常工作時(shí)，內(nèi)圈的溫度約為72，外圈的溫度約為67。綜上所述，操作側(cè)CARB軸承可在軸承的內(nèi)部、內(nèi)圈相對(duì)軸承外圈的滑動(dòng)解決烘缸的熱伸長(zhǎng)，預(yù)防軸急劇膨脹溫度劇升。傳動(dòng)側(cè)的有效的隔熱套隔熱，減少由傳導(dǎo)引起的溫度升高。適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑，