Φ4.2m×11m水泥磨主軸承燒瓦問題的處理

圖1　Φ4.2m×11m水泥磨主體布置示意圖
　　1.入料中空軸；2.筒體；3.出料中空軸；4.傳動接管；5.主電機；6.主減速機；7.齒輪聯(lián)軸節(jié)；8.出料端主軸瓦；9.入料端主軸瓦

　　該磨機驅(qū)動裝置TRIRED855減速機及其出軸齒輪聯(lián)軸節(jié)為德國FLENDER公司制造，其余部分為國內(nèi)配套。在1997年試產(chǎn)調(diào)試時，磨尾主軸承巴氏合金瓦經(jīng)常發(fā)熱、燒研，投料后半年內(nèi)就發(fā)生5起燒瓦事故，嚴(yán)重制約了新線試生產(chǎn)的正常進行。

1　主軸瓦燒研及處理

　　磨機主軸瓦燒研的原因很多，機械工藝等方面的因素都會對其產(chǎn)生影響，因而分析起來非常復(fù)雜，就本公司對這一問題的處理過程而言，總結(jié)起來主要包括以下幾個方面。

1.1　磨體的軸向竄動

1.1.1　故障現(xiàn)象
　　

磨尾主軸瓦燒研，跳停磨機后，熱態(tài)時檢測發(fā)現(xiàn)軸瓦靠驅(qū)動減速機側(cè)端面被中空軸軸肩磨削形成軸向深3.6mm的環(huán)狀溝槽(如圖1中Ⅰ)，磨體向磨頭方向竄動，產(chǎn)生了軸向位移。在隨后磨機逐漸降溫冷卻的過程中，觀測到中空軸軸肩與被磨削的瓦側(cè)端面間隙逐漸增大，磨體在漸漸自動復(fù)位。

1.1.2　原因分析
　　

顯而易見，磨體產(chǎn)生了軸向竄動，且竄動與磨機的冷熱狀態(tài)密切相關(guān)。這一現(xiàn)象實質(zhì)上是由于磨機在水平方向上存在附加的軸向不平衡力的作用。因而，妥善處理磨機在熱態(tài)運轉(zhuǎn)中軸向力的分布與平衡問題是分析和解決磨體竄動問題的關(guān)鍵。
　　

磨機在運轉(zhuǎn)時要產(chǎn)生很大的熱量，磨體受熱后要伸長，當(dāng)磨機停轉(zhuǎn)時，溫度要下降，磨體縮短，對于尾卸式中心傳動磨，還存在卸料傳動接管的熱脹冷縮問題。因此，在設(shè)計和安裝磨機時，必須全面考慮磨體及傳動部件的熱力平衡和位移補償問題，否則，磨機便不能正常運轉(zhuǎn)。
　　

1)磨體的伸縮
　　Φ4.2m×11m水泥磨兩個球面瓦主軸承規(guī)格為Φ1800mm×750mm，磨尾主軸承為定位軸承，而磨頭主軸承裝置則留有一定的間隙(圖1中，a=7mm，b=28mm)，以適應(yīng)磨體的熱脹冷縮。
　　

2)傳動接管的伸縮
　　

傳動接管最大伸縮量ΔL=α·L·Δt=0.000012×3000×150=5.4mm。傳動接管的熱脹冷縮問題，從設(shè)計角度考慮則由齒輪聯(lián)軸節(jié)內(nèi)部預(yù)留足夠的軸向間隙來補償，運轉(zhuǎn)中，通過聯(lián)軸節(jié)內(nèi)相嚙合齒面間的軸向滑移來實現(xiàn)。
　　

齒輪聯(lián)軸節(jié)的外齒是雙鼓形齒，傳遞扭矩時，齒面的接觸部分很小，壓力高，且不象齒輪傳動那樣，輪齒都在變化接觸，而是接觸齒面不變。因此，給齒間潤滑帶來很大困難，容易造成齒面壓潰，導(dǎo)致齒間滑移阻力的增大，從而喪失對軸向位移的補償作用。
　　由此可見，齒輪聯(lián)軸節(jié)的潤滑尤為重要，必須十分謹(jǐn)慎地選用合適的油品和正確的裝入量，才能保證其使用的可靠性。
　　

3)軸向力
　　

在磨機力系中，作用在磨體上的傳動力、磨體的回轉(zhuǎn)阻力、壓力、重力和縱向竄動的阻力當(dāng)中，只有縱向竄動的阻力是軸向的，這個力只有主軸承的滑動摩擦力F_f。
　　

理論分析和工業(yè)應(yīng)用實踐表明，管磨機即使在安裝傾斜隔倉裝置后，只要妥善處理，也不會導(dǎo)致磨體的軸向往復(fù)竄動，操作完全可靠，對于垂直安裝的隔倉裝置，情況更應(yīng)如此^〔1〕。
　　

由此可見，導(dǎo)致磨體產(chǎn)生往復(fù)竄動的軸向力，其來源不在磨體本身，而在于傳動接管的熱脹冷縮阻力F_N。當(dāng)F_N>F_f即齒輪聯(lián)軸節(jié)的軸向滑移阻力過大是導(dǎo)致磨體產(chǎn)生往復(fù)竄動的根源?，F(xiàn)場運行監(jiān)測結(jié)果也充分表明，該磨機的齒輪聯(lián)軸節(jié)不能補償軸向位移而呈現(xiàn)剛性。因此，要妥善解決這一問題，必須有效減小其齒間滑移阻力。

1.1.3　處理措施
　

　針對齒輪聯(lián)軸節(jié)的結(jié)構(gòu)特點和工況，為減少齒間滑移摩擦阻力，我們著重從改善齒間潤滑條件入手，將原使用的齒輪油Kluber Structovis BHD-MF更換為具有高粘性、強附著力的半流態(tài)潤滑脂Kluber Grafloscon C-SG500，并嚴(yán)格按要求的裝入量(磨側(cè)18kg，減速機側(cè)20kg)填充。處理后，磨體軸向竄動這一棘手問題終于得到妥善解決。

1.2　主軸瓦問題

1.2.1　故障現(xiàn)象
　　

事故處理時，抽瓦發(fā)現(xiàn)，瓦面燒研部位是在靠驅(qū)動減速機側(cè)瓦面邊緣的一個條帶上，在刮研瓦過程中，發(fā)現(xiàn)瓦面燒研區(qū)域內(nèi)有明顯滲冒油現(xiàn)象，經(jīng)超聲探測鑒定，該區(qū)域在840mm×300mm范圍內(nèi)存在一形狀不規(guī)則的缺陷，缺陷性質(zhì)為巴氏合金與軸瓦襯背金屬間未結(jié)合(脫胎)，脫胎區(qū)域與油囊相通，且表面著色滲透顯示有大量微裂紋，缺陷評定級別大于3級(見圖2a)。
　　

　　圖2　主軸瓦處理前后狀況示意圖

1.2.2　故障分析
　　

顯而易見，巴氏合金結(jié)合缺陷導(dǎo)致油囊中高壓油進入金屬脫胎層，造成脫胎區(qū)域巴氏合金反向受壓變形龜裂，破壞了軸承壓力油膜的形成。因此，要解決這一問題，必須對主軸瓦進行徹底處理。

1.2.3　處理過程
　　

1)軸瓦的修復(fù)
　　

由專業(yè)制造廠根據(jù)設(shè)計技術(shù)要求進行處理，并按工藝標(biāo)準(zhǔn)驗收，主要包括:化瓦、重新澆鑄巴氏合金、機加工及壓力檢測與探傷等工藝過程。
　　

2)軸瓦的刮研
　　

為使軸瓦油隙合理，油膜容易形成，對瓦面采用大弧形法刮研，將原接觸角60°減小為40°，中空軸軸頸直徑為1800mm，具體刮瓦控制參數(shù)如表1。

注：1.0.05mm間隙為不測值，刮瓦時控制；2.測點1靠筒體，測點6靠外測。
　　為減小邊緣效應(yīng)，在約40°范圍內(nèi)，將瓦邊進行倒坡，見圖2b。
　　為保證潤滑油能順利地進入吃力區(qū)的瓦面，擴展導(dǎo)油槽，形成弧形。弧形導(dǎo)油槽的深度約為，相當(dāng)于20°，弧形導(dǎo)油槽也是靠刮削而成，并保證中心線處最低，平滑緩慢地向兩側(cè)逐漸過渡。
　　

在瓦與軸頸接觸大約40°范圍內(nèi)，進行接觸斑點檢查，即滿足3點/cm²的要求，因接觸角減小，所以這個要求比原60°接觸角范圍內(nèi)1～2點/cm²更容易達(dá)到。

1.3　出料中空軸問題
　　

主軸瓦處理后，負(fù)荷試車時，軸承溫度仍偏高，運轉(zhuǎn)中觀察到，轉(zhuǎn)出的軸頸靠瓦寬兩側(cè)出現(xiàn)干白的條帶，油膜形成不均勻，局部狀況差。據(jù)此，我們對出料中空軸作了細(xì)致檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果對軸頸和出料螺旋筒問題進行了處理。
1.3.1　軸頸的處理
　　設(shè)計要求中空軸軸頸表面粗糙度值R_a為0.8μm，圓柱度為，而實測R_a>3.2μm，軸頸母線檢測均嚴(yán)重超差，直接影響軸承動壓潤滑油膜的形成，導(dǎo)致軸瓦發(fā)熱。因此，我們拆卸中空軸送專業(yè)制造廠進行修磨處理，處理后檢測R_a值為1.0～

1.2μm，軸頸表面精度也相應(yīng)提高。

1.3.2　出料螺旋筒螺栓剪斷的處理
　　

拆卸中空軸時發(fā)現(xiàn)，出料螺旋筒與中空軸法蘭聯(lián)接的24只M16mm×35mm螺栓全部剪斷，螺旋筒在中空軸內(nèi)周向無固定，運轉(zhuǎn)中擾動中空軸，對軸承潤滑油膜的形成十分不利。
　

分析認(rèn)為，要解決這一問題，必須對螺旋筒設(shè)置周向定位，但考慮到施焊對中空軸可能產(chǎn)生熱應(yīng)力，而不宜在中空軸上焊接鍵塊，優(yōu)選方案是在螺旋錐套與中空軸法蘭聯(lián)接處打騎縫銷，并恢復(fù)原有螺栓聯(lián)接，如圖3所示。
　　

　　圖3　出料螺旋筒結(jié)構(gòu)示意圖

2　結(jié)束語

　　Φ4.2m×11m水泥磨燒瓦問題實質(zhì)上是以上綜合因素作用的結(jié)果，經(jīng)過上述各種處理后，取得了明顯效果。水泥磨正常運轉(zhuǎn)2年多，實際生產(chǎn)能力達(dá)到120t/h，超過110t/h的設(shè)計能力，設(shè)備運行參數(shù)均穩(wěn)定在允許范圍內(nèi)。磨體竄動和軸瓦發(fā)熱燒研事故再未發(fā)生，證明了上述處理過程是成功有效的。