滚针轴承在三缸泥浆泵曲轴连杆中的应用

作者：张家口探矿机械厂研究所　刘胜利
长期以来，地质岩心钻探所用的三缸单作用往复式泥桨泵由于体积和结构的限制，一般多数采用滑动轴承铜瓦。在额定压力不超过6mpa时使用正常。而在额定压力超过6mpa以上，曲轴铜瓦发热，使曲轴滑动轴承降低了寿命，也给用户带来了维修上的困难。当工作压力为6mpa以上时，因转速很高，润滑条件较差，作用在滑动轴承上的压强p值增大，相应pv值增大。一般三缸泵冲次较快，线速度v值，pv值增大，相应地k值增大。于是使曲轴滑动轴承产生热，直到产生高温后，使滑动轴承经常被烧坏。当工作压力为8mpa以上时，曲轴滑动轴承部位必须设计有强迫润滑的装置或采用含油轴承或曲轴箱有冷却装置。否则滑动轴承发热问题是无法解决的。
1990年我厂研制了bw-300型泥浆泵，设计工作压力为10mpa，在设计曲轴连杆之间采用了加外瓦内装滚针轴承，新型式的结构。(见附图)
1. 曲轴；2.滚针；3.滚针外瓦
由于曲轴轴颈作为滚针轴承的内径，与高硬度的滚针作相对滚动，所以曲轴轴颈也相应需要较高的硬度。要采用合金铸钢，其目的是经热处理后，硬度可以达到hrc60以上。
滚针材质为gcr15，是外购标准件。
滚针外瓦选择耐磨材料经热处理后，达到硬度hrc50以上。组装前切割成两体，外瓦宽度尺寸小于曲轴轴颈宽2mm，目的是使润滑油进入滚针轴承内，增加滚针轴承的润滑。
经过多次试验，得出了以下结论：
1、曲轴轴颈只要达到要求的硬度，与滚针的轴向间隙匹配合适后，与标准滚针轴承使用效果一样。
2、曲轴轴颈和滚针之径向间隙，滚针之间的间隙要匹配合适，使滚针在轴颈上滚动自如。
3、曲轴轴颈装入滚针后和外瓦之间的间隙要匹配，并考虑滚针的润滑问题。
上述结构曾在我厂试验室进行台架试脸。在额定压力为10mpa下连续运转10h后，实测曲轴箱油温为54℃，温升为26 ℃。超压试验，压力为12mpa下运转2h，实测曲轴箱油温为45 ℃，温升为17 ℃ ，试验结果很好。
在压力10mpa下采用滑动轴承，尽管在结构上考虑的也比较周到，但不能全部解决温升问题。而连杆曲轴轴颈之间由滑动轴承铜瓦改用滚针轴承大大降低了曲轴箱的油温和温升，温升远远低于国家标准。
1990年11月用此结构的泥浆泵，在野外进行矿山堵漏，在水灰比为0.7－1水泥浆向井下注浆。在施工中，连续不停泵工作长达144h，曲轴滚针轴承部位运转良好。两个多月共注水泥1500t。施工中一般多在冲次为210次/min，压力为5mpa以上的工况下工作。1991年5月又用此泵钻1眼开孔直径为120mm、深为500m的水文地质观察孔。在使用中滚针轴承运转良好，曲轴箱的油温低于55℃ 。
滑动轴承改为滚针轴承，其加工工艺简单，组装拆卸方便，可减少维修次数，提高工作效率，还可通过增加冲次提高排量，使泥浆泵体积减小，并降低成本。由于曲轴连杆采用滚针轴承结构，可以使泥桨泵压力得以提高，从而扩大了泥浆泵的应用范围，如高压力泥浆泵可以进行高压注浆，加固软地基及使水库大坝防渗，矿山堵漏，边坡锚固等。