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，其余部分為國內配套。在1997年試產調試時，磨尾主軸承巴氏合金瓦經常發(fā)熱、燒研，投料后半年內就發(fā)生5起燒瓦事故，嚴重制約了新線試生產的正常進行。

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生影響，因而分析起來非常復雜，就本公司對這一問題的處理過程而言，總結起來主要包括以下幾個方面。

1.1　磨體的軸向竄動

1.1.1　故障現象
　　

磨尾主軸瓦燒研，跳停磨機后，熱態(tài)時檢測發(fā)現軸瓦靠驅動減速機側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端面間隙逐漸增大，磨體在漸漸自動復位。

1.1.2　原因分析
　　

顯而易見，磨體產生了軸向竄動，且竄動與磨機的冷熱狀態(tài)密切相關。這一現象實質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鍵。
　　

磨機在運轉時要產生很大的熱量，磨體受熱后要伸長，當磨機停轉時，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。
　　

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，從設計角度考慮則由齒輪聯(lián)軸節(jié)內部預留足夠的軸向間隙來補償，運轉中，通過聯(lián)軸節(jié)內相嚙合齒面間的軸向滑移來實現。
　　

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、磨體的回轉阻力、壓力、重力和縱向竄動的阻力當中，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，也不會導致磨體的軸向往復竄動，操作完全可靠，對于垂直安裝的隔倉裝置，情況更應如此^〔1〕。
　　

由此可見，導致磨體產生往復竄動的軸向力，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F_N>F_f即齒輪聯(lián)軸節(jié)的軸向滑移阻力過大是導致磨體產生往復竄動的根源?，F場運行監(jiān)測結果也充分表明，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)的結構特點和工況，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，并嚴格按要求的裝入量(磨側18kg，減速機側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　故障現象
　　

事故處理時，抽瓦發(fā)現，瓦面燒研部位是在靠驅動減速機側瓦面邊緣的一個條帶上，在刮研瓦過程中，發(fā)現瓦面燒研區(qū)域內有明顯滲冒油現象，經超聲探測鑒定，該區(qū)域在840mm×300mm范圍內存在一形狀不規(guī)則的缺陷，缺陷性質為巴氏合金與軸瓦襯背金屬間未結合(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，巴氏合金結合缺陷導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
　　

由專業(yè)制造廠根據設計技術要求進行處理，并按工藝標準驗收，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，在約40°范圍內，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，擴展導油槽，形成弧形?；⌒螌в筒鄣纳疃燃s為，相當于20°，弧形導油槽也是靠刮削而成，并保證中心線處最低，平滑緩慢地向兩側逐漸過渡。
　　

在瓦與軸頸接觸大約40°范圍內，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1～2點/cm²更容易達到。

1.3　出料中空軸問題
　　

主軸瓦處理后，負荷試車時，軸承溫度仍偏高，運轉中觀察到，轉出的軸頸靠瓦寬兩側出現干白的條帶，油膜形成不均勻，局部狀況差。據此，我們對出料中空軸作了細致檢測，并根據檢測結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，軸頸母線檢測均嚴重超差，直接影響軸承動壓潤滑油膜的形成，導致軸瓦發(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，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，螺旋筒在中空軸內周向無固定，運轉中擾動中空軸，對軸承潤滑油膜的形成十分不利。
　

分析認為，要解決這一問題，必須對螺旋筒設置周向定位，但考慮到施焊對中空軸可能產生熱應力，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，并恢復原有螺栓聯(lián)接，如圖3所示。
　　

　　圖3　出料螺旋筒結構示意圖

2　結束語

　　Φ4.2m×11m水泥磨燒瓦問題實質上是以上綜合因素作用的結果，經過上述各種處理后，取得了明顯效果。水泥磨正常運轉2年多，實際生產能力達到120t/h，超過110t/h的設計能力，設備運行參數均穩(wěn)定在允許范圍內。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。