作者：趙樹(shù)臣    遼寧省錦西水泥廠

　　摘　要：   介紹了水泥廠在回轉(zhuǎn)窯上使用鋅基軸承合金的經(jīng)驗(yàn)，并就鋅基軸合金的特性、擴(kuò)大使用范圍作了論述。
　　關(guān)鍵詞：  回轉(zhuǎn)筒體，托輪軸瓦，鋅基軸承合金 
　　我廠共有6臺(tái)回轉(zhuǎn)窯、3臺(tái)烘干機(jī)、2臺(tái)單筒冷卻機(jī)。這類設(shè)備的共同特點(diǎn)是：筒體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，安裝在筒體上的輪帶靠摩擦力帶動(dòng)托輪轉(zhuǎn)動(dòng)，托輪軸頸由軸瓦支承。托輪軸瓦除承受支承反力、輪帶、托輪等部件靜載荷外，還要承受動(dòng)載荷及沖擊載荷。傳統(tǒng)的軸瓦材料廣泛采用青銅。青銅材料對(duì)潤(rùn)滑油要求較高，故障多、傳動(dòng)效率低。稍有不慎，維護(hù)不當(dāng)，容易造成燒瓦、抱軸、拉傷軸頸等事故。1993年我廠采用鋅基軸承合金作軸瓦材料，取得了明顯的效果。1997年又在烘干機(jī)、冷卻機(jī)等設(shè)備上采用鋅基軸承合金代替銅瓦都取得成功。
　　1  鋅基軸承合金簡(jiǎn)介 
　　據(jù)資料[1]的介紹，鋅合金始于第二次世界大戰(zhàn)期間的德國(guó)。而后，歐美一些國(guó)家相繼應(yīng)用和研制這種合金。1959～1963年間，鉛鋅組織發(fā)起了一項(xiàng)鋅合金研究計(jì)劃，并研制出多種類型的鋅合金，其中以ZA27綜合性能Z好，強(qiáng)度可達(dá)400MPa，延伸率為3%～6%，硬度HB100，缺點(diǎn)是具有低溫脆性。
　　我國(guó)于80年代初，開(kāi)始鋅合金的引進(jìn)和消化工作，并成功的用來(lái)替代銅合金制成減摩件和模具，代替青銅和黃銅制造了絲母、軸瓦、滑塊和滑軌等鑄件，并在標(biāo)準(zhǔn)合金ZA27(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1175-1197)的基礎(chǔ)上，通過(guò)合金成分調(diào)整及加入微量元素，優(yōu)選出ZA303。該合金保留了ZA27的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，突出特點(diǎn)是大大提高了鋅合金在常溫及低溫條件下的韌性(常溫15%～18%,-40℃時(shí)10%)。因此，該合金能適用于諸如重、厚、大件及低溫、交變和沖擊載荷等惡劣條件的場(chǎng)合，拓寬了鋅合金的應(yīng)用領(lǐng)域。
　　鋅基軸承合金與常用軸承合金技術(shù)參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1，其它機(jī)械性能見(jiàn)表2，高低溫性能見(jiàn)表3，使用條件見(jiàn)表4。
　　鋅基軸承合金ZA303的特點(diǎn)：
　　(1)摩擦系數(shù)小，導(dǎo)熱率較高，使用壽命為錫青銅的2～3倍，適用于中低速重載場(chǎng)合。
　　(2)易于加工，精車后表面粗糙度可達(dá)。 
　　(3)鑄造性能好，鑄件致密，可鑄成壁厚2.5mm的鑄件。
　　(4)具有高強(qiáng)度、高韌性及良好的低溫性能，克服了ZA27合金的低溫脆性。
　　(5)重量輕，比銅輕40%，易于安裝。
　　(6)成本低，比錫青銅降低成本40%以上。
　　(7)具有無(wú)磁性、無(wú)火花性能。

 
　　 表1   常用軸承合金和鋅基軸承合金技術(shù)參數(shù)對(duì)比

　　*磨損試驗(yàn)條件：載荷150kg，轉(zhuǎn)速200r/min，磨擦副為45號(hào)鋼，時(shí)間20h。 
　　(8)具有一定的自潤(rùn)滑性能及減震性能。
 

　　表2  三種合金的部分機(jī)械性能 

　　表3   ZA303與ZA27高低溫性能 

　　表4  合金使用條件
 

　　2  在回轉(zhuǎn)窯上的應(yīng)用 
　　我廠各回轉(zhuǎn)窯的靜載荷及軸瓦壓力見(jiàn)表5，軸瓦規(guī)格見(jiàn)表6。
 

　　表5  各窯支點(diǎn)載荷及軸瓦壓力 

 

　　注：斜線上為靜載荷，單位(t)，斜線下為軸瓦壓力，單位(MPa)。 
　　4、5號(hào)回轉(zhuǎn)窯是我廠在“七五”技術(shù)改造期間，新建兩臺(tái)Φ3.95m×80m帶余熱鍋爐的回轉(zhuǎn)窯。每臺(tái)回轉(zhuǎn)窯有4檔支承裝置，托輪軸瓦原設(shè)計(jì)采用ZQAl  9-4青銅。在1991年設(shè)備制造期間，改為ZA303鋅基軸承合金作軸瓦材料。1993年11月份投入生產(chǎn)，1997年4月中檢，托輪軸瓦磨損量不到1mm，托輪軸頸光滑如新。經(jīng)鑒定，仍可繼續(xù)使用，未作任何處理原樣恢復(fù)。在4年的時(shí)間里，運(yùn)轉(zhuǎn)近3萬(wàn)多小時(shí)，從未發(fā)生過(guò)燒瓦、斷裂、冒煙、起皺、拉絲、抱軸、翻瓦事故。具有優(yōu)良的自潤(rùn)滑性能，對(duì)油質(zhì)要求不高，即使短暫缺油，也不會(huì)對(duì)托輪軸有損傷，不會(huì)產(chǎn)生拉絲現(xiàn)象。安裝加工容易，無(wú)需刮研即可達(dá)到要求。這些明顯的特點(diǎn)深受崗位工人和維修人員的歡迎。鋅基軸承合金ZA303在4、5號(hào)回轉(zhuǎn)窯上成功應(yīng)用4年多，以現(xiàn)有情況推測(cè)，再用10年也不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

　　表6  各回轉(zhuǎn)窯軸瓦參數(shù)

 

　　由于在4、5號(hào)窯上取得成功，1997年7月份我們又在1、2、3號(hào)水泥回轉(zhuǎn)窯上采用鋅基軸承合金作軸瓦材料以代替原來(lái)的青銅軸瓦。1997年11月份中修檢查軸瓦、軸頸完好如新。3、4、5號(hào)回轉(zhuǎn)窯軸瓦是以潤(rùn)滑油為潤(rùn)滑材料，潤(rùn)滑條件較好，而1、2號(hào)窯托輪軸瓦的結(jié)構(gòu)特殊，采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，密封不嚴(yán)、油易污染、潤(rùn)滑條件不良，仍然取得成功,可見(jiàn)鋅基軸承合金材料適于回轉(zhuǎn)窯應(yīng)用條件。

　　3  在烘干機(jī)、冷卻機(jī)上的應(yīng)用 
　　我廠有兩臺(tái)單筒冷卻機(jī)、三臺(tái)烘干機(jī)，規(guī)格都是Φ2.4m×18.3m，除2號(hào)烘干機(jī)1984年改為潤(rùn)滑油潤(rùn)滑外，其余都是采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，并且是1916年的產(chǎn)品。1997年11月份中檢，首先在冷卻機(jī)上采用鋅基軸承合金作軸瓦。開(kāi)車不久接連發(fā)生三次燒瓦事故，并且都是在同一設(shè)備，同一部位發(fā)生。經(jīng)分析認(rèn)為，主要是崗位工人操作失誤，托輪位置不正；環(huán)境溫度高，超過(guò)鋅基軸承的溫度極限；密封不嚴(yán)、油污染嚴(yán)重，有固體顆粒磨損了軸瓦；軸與軸瓦間隙小，瓦口開(kāi)得小，未考慮溫度影響是造成燒瓦的主要原因。由于生產(chǎn)需要，來(lái)不及對(duì)環(huán)境溫度治理，以及采取加強(qiáng)密封等措施被迫更換為銅瓦。而在其它部位仍然使用鋅基軸承合金的軸瓦，效果很好。證明這種材料應(yīng)用在冷卻機(jī)、烘干機(jī)上也是可行的。
　　4  在蝸輪減速機(jī)上的應(yīng)用 
　　我廠有兩臺(tái)門式卸車機(jī)、大車行走傳動(dòng)采用蝸輪減速機(jī)，功率為13kW，速比為28，正反轉(zhuǎn)。制造蝸輪材料是錫青銅，每4個(gè)月更換一對(duì)蝸輪。1997年8月份采用鋅基軸承合金制造蝸輪，已經(jīng)使用6個(gè)月還未更換。
　　5  幾點(diǎn)注意事項(xiàng) 
　　鋅基軸承合金在我廠應(yīng)用已有四年多歷史，有經(jīng)驗(yàn)也有教訓(xùn)。
　　在以潤(rùn)滑油為潤(rùn)滑材料工作條件下的鋅基軸承，其各種優(yōu)良性能都能得到充分發(fā)揮，從未發(fā)生過(guò)燒瓦、抱軸事故其經(jīng)驗(yàn)是：
　　在加工時(shí)，間隙要比銅瓦大1.5倍以上，瓦口開(kāi)的大，采用砂輪磨削要求小于90°，無(wú)須刮研；
　　加強(qiáng)潤(rùn)滑管理，鋅基軸承合金對(duì)油質(zhì)要求不高，但不等于不加油，潤(rùn)滑油能達(dá)到像銅瓦一樣的維護(hù)條件就可以保證不出問(wèn)題；
　　軸頸粗糙度仍然按銅瓦的要求一樣，不要降低粗糙度等級(jí)。
　　在以潤(rùn)滑脂為潤(rùn)滑材料時(shí)須吸取以下教訓(xùn)，否則，也會(huì)發(fā)生燒瓦、翻瓦事故：
　　加工鋅基軸瓦時(shí)間隙必須加大到銅瓦的1.5倍以上，瓦口開(kāi)的更大要小于90°以下。
　　潤(rùn)滑脂須清潔，不允許有固體顆粒或發(fā)生磨料磨損。若存在固體顆粒或磨料磨損又不能解決，就不宜采用鋅基軸承合金應(yīng)以用銅瓦為宜。
　　環(huán)境溫度高時(shí)，鋅基軸承合金不如銅瓦優(yōu)越。環(huán)境溫度雖然不高，若潤(rùn)滑脂帶有雜質(zhì)也會(huì)發(fā)生燒瓦，而且磨損速度相當(dāng)快，不到一個(gè)班就可能磨損到不能使用。
　　鋅基軸承合金軸瓦的Z大特點(diǎn)是，即使燒瓦、翻瓦，也不管是潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂，都不會(huì)發(fā)生抱軸、拉傷軸頸事故。這一優(yōu)異特點(diǎn)特別受到使用者的歡迎。
　　6  經(jīng)濟(jì)效益分析 
　　根據(jù)資料[1]介紹，同一規(guī)格尺寸的價(jià)格對(duì)比見(jiàn)表7。
 

　　表7  同一尺寸減摩鑄件價(jià)格對(duì)比

 

　　注：本表未計(jì)因壽命提高及提高設(shè)備開(kāi)動(dòng)率帶來(lái)的效益。 
　　由表9可見(jiàn)，采用鋅基軸承合金ZA303替代青銅經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。
　　我廠回轉(zhuǎn)窯、單筒冷卻機(jī)、回轉(zhuǎn)烘干機(jī)等支承裝置的軸瓦材料，原來(lái)都是采用青銅共有154件。每年耗銅量5t左右，每年因銅瓦抱軸、托輪軸拉傷報(bào)廢年平均15根，價(jià)值在11萬(wàn)元左右。若全部采用鋅基合金來(lái)替代，僅材料費(fèi)可降低11萬(wàn)元。若在磨機(jī)主軸承采用鋅基合金代替錫基合金，年平均需要更換3對(duì)左右，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益將會(huì)更顯著。
　　上述設(shè)備都是水泥廠的主機(jī)設(shè)備需要連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。鋅基軸承合金能夠提高使用壽命2～3倍，減少設(shè)備事故的發(fā)生，降低減產(chǎn)損失，其效益要大于材料本身的價(jià)值。
　　參考文獻(xiàn)
　　沈陽(yáng)軸瓦研究所.鋅基軸承合金簡(jiǎn)介(內(nèi)部資料) 。