作者：趙樹臣    遼寧省錦西水泥廠

　　摘　要：   介紹了水泥廠在回轉窯上使用鋅基軸承合金的經驗，并就鋅基軸合金的特性、擴大使用范圍作了論述。
　　關鍵詞：  回轉筒體，托輪軸瓦，鋅基軸承合金 
　　我廠共有6臺回轉窯、3臺烘干機、2臺單筒冷卻機。這類設備的共同特點是：筒體轉動時，安裝在筒體上的輪帶靠摩擦力帶動托輪轉動，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，還要承受動載荷及沖擊載荷。傳統的軸瓦材料廣泛采用青銅。青銅材料對潤滑油要求較高，故障多、傳動效率低。稍有不慎，維護不當，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、冷卻機等設備上采用鋅基軸承合金代替銅瓦都取得成功。
　　1  鋅基軸承合金簡介 
　　據資料[1]的介紹，鋅合金始于第二次世界大戰期間的德國。而后，歐美一些國家相繼應用和研制這種合金。1959～1963年間，鉛鋅組織發起了一項鋅合金研究計劃，并研制出多種類型的鋅合金，其中以ZA27綜合性能Z好，強度可達400MPa，延伸率為3%～6%，硬度HB100，缺點是具有低溫脆性。
　　我國于80年代初，開始鋅合金的引進和消化工作，并成功的用來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，并在標準合金ZA27(國家標準GB/T1175-1197)的基礎上，通過合金成分調整及加入微量元素，優選出ZA303。該合金保留了ZA27的全部優點，突出特點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合，拓寬了鋅合金的應用領域。
　　鋅基軸承合金與常用軸承合金技術參數對比見表1，其它機械性能見表2，高低溫性能見表3，使用條件見表4。
　　鋅基軸承合金ZA303的特點：
　　(1)摩擦系數小，導熱率較高，使用壽命為錫青銅的2～3倍，適用于中低速重載場合。
　　(2)易于加工，精車后表面粗糙度可達。 
　　(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)具有無磁性、無火花性能。

 
　　 表1   常用軸承合金和鋅基軸承合金技術參數對比

　　*磨損試驗條件：載荷150kg，轉速200r/min，磨擦副為45號鋼，時間20h。 
　　(8)具有一定的自潤滑性能及減震性能。
 

　　表2  三種合金的部分機械性能 

　　表3   ZA303與ZA27高低溫性能 

　　表4  合金使用條件
 

　　2  在回轉窯上的應用 
　　我廠各回轉窯的靜載荷及軸瓦壓力見表5，軸瓦規格見表6。
 

　　表5  各窯支點載荷及軸瓦壓力 

 

　　注：斜線上為靜載荷，單位(t)，斜線下為軸瓦壓力，單位(MPa)。 
　　4、5號回轉窯是我廠在“七五”技術改造期間，新建兩臺Φ3.95m×80m帶余熱鍋爐的回轉窯。每臺回轉窯有4檔支承裝置，托輪軸瓦原設計采用ZQAl  9-4青銅。在1991年設備制造期間，改為ZA303鋅基軸承合金作軸瓦材料。1993年11月份投入生產，1997年4月中檢，托輪軸瓦磨損量不到1mm，托輪軸頸光滑如新。經鑒定，仍可繼續使用，未作任何處理原樣恢復。在4年的時間里，運轉近3萬多小時，從未發生過燒瓦、斷裂、冒煙、起皺、拉絲、抱軸、翻瓦事故。具有優良的自潤滑性能，對油質要求不高，即使短暫缺油，也不會對托輪軸有損傷，不會產生拉絲現象。安裝加工容易，無需刮研即可達到要求。這些明顯的特點深受崗位工人和維修人員的歡迎。鋅基軸承合金ZA303在4、5號回轉窯上成功應用4年多，以現有情況推測，再用10年也不會出現問題。

　　表6  各回轉窯軸瓦參數

 

　　由于在4、5號窯上取得成功，1997年7月份我們又在1、2、3號水泥回轉窯上采用鋅基軸承合金作軸瓦材料以代替原來的青銅軸瓦。1997年11月份中修檢查軸瓦、軸頸完好如新。3、4、5號回轉窯軸瓦是以潤滑油為潤滑材料，潤滑條件較好，而1、2號窯托輪軸瓦的結構特殊，采用潤滑脂潤滑，密封不嚴、油易污染、潤滑條件不良，仍然取得成功,可見鋅基軸承合金材料適于回轉窯應用條件。

　　3  在烘干機、冷卻機上的應用 
　　我廠有兩臺單筒冷卻機、三臺烘干機，規格都是Φ2.4m×18.3m，除2號烘干機1984年改為潤滑油潤滑外，其余都是采用潤滑脂潤滑，并且是1916年的產品。1997年11月份中檢，首先在冷卻機上采用鋅基軸承合金作軸瓦。開車不久接連發生三次燒瓦事故，并且都是在同一設備，同一部位發生。經分析認為，主要是崗位工人操作失誤，托輪位置不正；環境溫度高，超過鋅基軸承的溫度極限；密封不嚴、油污染嚴重，有固體顆粒磨損了軸瓦；軸與軸瓦間隙小，瓦口開得小，未考慮溫度影響是造成燒瓦的主要原因。由于生產需要，來不及對環境溫度治理，以及采取加強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。證明這種材料應用在冷卻機、烘干機上也是可行的。
　　4  在蝸輪減速機上的應用 
　　我廠有兩臺門式卸車機、大車行走傳動采用蝸輪減速機，功率為13kW，速比為28，正反轉。制造蝸輪材料是錫青銅，每4個月更換一對蝸輪。1997年8月份采用鋅基軸承合金制造蝸輪，已經使用6個月還未更換。
　　5  幾點注意事項 
　　鋅基軸承合金在我廠應用已有四年多歷史，有經驗也有教訓。
　　在以潤滑油為潤滑材料工作條件下的鋅基軸承，其各種優良性能都能得到充分發揮，從未發生過燒瓦、抱軸事故其經驗是：
　　在加工時，間隙要比銅瓦大1.5倍以上，瓦口開的大，采用砂輪磨削要求小于90°，無須刮研；
　　加強潤滑管理，鋅基軸承合金對油質要求不高，但不等于不加油，潤滑油能達到像銅瓦一樣的維護條件就可以保證不出問題；
　　軸頸粗糙度仍然按銅瓦的要求一樣，不要降低粗糙度等級。
　　在以潤滑脂為潤滑材料時須吸取以下教訓，否則，也會發生燒瓦、翻瓦事故：
　　加工鋅基軸瓦時間隙必須加大到銅瓦的1.5倍以上，瓦口開的更大要小于90°以下。
　　潤滑脂須清潔，不允許有固體顆粒或發生磨料磨損。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以用銅瓦為宜。
　　環境溫度高時，鋅基軸承合金不如銅瓦優越。環境溫度雖然不高，若潤滑脂帶有雜質也會發生燒瓦，而且磨損速度相當快，不到一個班就可能磨損到不能使用。
　　鋅基軸承合金軸瓦的Z大特點是，即使燒瓦、翻瓦，也不管是潤滑油、潤滑脂，都不會發生抱軸、拉傷軸頸事故。這一優異特點特別受到使用者的歡迎。
　　6  經濟效益分析 
　　根據資料[1]介紹，同一規格尺寸的價格對比見表7。
 

　　表7  同一尺寸減摩鑄件價格對比

 

　　注：本表未計因壽命提高及提高設備開動率帶來的效益。 
　　由表9可見，采用鋅基軸承合金ZA303替代青銅經濟效益十分顯著。
　　我廠回轉窯、單筒冷卻機、回轉烘干機等支承裝置的軸瓦材料，原來都是采用青銅共有154件。每年耗銅量5t左右，每年因銅瓦抱軸、托輪軸拉傷報廢年平均15根，價值在11萬元左右。若全部采用鋅基合金來替代，僅材料費可降低11萬元。若在磨機主軸承采用鋅基合金代替錫基合金，年平均需要更換3對左右，企業的經濟效益將會更顯著。
　　上述設備都是水泥廠的主機設備需要連續運轉。鋅基軸承合金能夠提高使用壽命2～3倍，減少設備事故的發生，降低減產損失，其效益要大于材料本身的價值。
　　參考文獻
　　沈陽軸瓦研究所.鋅基軸承合金簡介(內部資料) 。