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水泥立磨磨輥總成損壞原因分析及優化
2023-12-21
作者：曹振華，陳明，何彪，董學江，劉哲，王進強
（淶水金隅冀東環保科技有限公司）
摘 要：某公司水泥制成采用立磨（JLMS24.3）預粉磨+閉路球磨（Φ4.8 m×9.5 m）的聯合粉磨系統，該系統經調試運轉以來水泥產量穩定在240~250 t/h，其預粉磨設備主要由立磨加外置組合式選粉機組成，該立磨結構形式與CKP立磨相似，在實際使用過程中多次出現磨輥總成前端密封、定位端蓋頂開情況，直接影響立磨的正常運行，現針對磨輥總成結構和現場使用情況，分析端蓋頂開原因，制定改進措施，與同行交流學習。
1 磨輥總成結構組成
該立磨磨輥總成內部主要有兩組軸承支撐（圓柱滾子軸承、雙列圓錐滾子軸承），圓柱軸承僅承受徑向載荷，圓錐滾子軸承可以承受徑向載荷和軸向載荷，這兩個軸承通過間隔套、端蓋定位并相互支撐，總成游隙由端蓋和圓錐軸承間隔套調整；圓錐軸承定位直接通過前端密封、定位端蓋來固定（見圖1）。
圖1 磨輥總成結構示意
2 磨輥總成軸承前端密封、定位端蓋頂開原因分析
（1）總成在液壓缸加載壓力作用下受的負載在其軸向分解力主要朝向磨機中心的反方向，圓錐軸承和圓柱軸承作為兩個支點雖將磨輥固定在輥軸上，由于軸承游隙的存在，在實際運行中會存在一定的軸向載荷沖擊，磨輥相對于輥軸有一定的微小的移動，當立磨運行時料層的變化會使磨輥在磨盤上動態上下浮動變化位置，雖有蓄能器的緩沖壓力，但加載油缸內部有桿腔的壓力也在波動，這個時候會對軸承有周期性的軸向沖擊載荷，尤其是進入異物或料層不穩時，振動加劇，定位端蓋受到的沖擊載荷更為明顯，同時此結構圓錐軸承密封、定位端蓋被密封風環包圍，螺栓切斷或損壞，很難及時被發現（見圖2）。
圖2 總成定位端蓋位置示意
（2）圓錐滾子軸承前端端蓋起到兩個作用，一是調整游隙、固定軸承，二是密封磨輥輪轂內的潤滑油。因該端蓋直接參與磨輥總成游隙調整后的定位、固定，其固定選用12條M30×140（12.9級）高強螺栓緊固。
（3）安裝螺栓過程中使用錘擊扳手緊固未按規定使用扭矩扳手緊固，部分螺栓附加上額外緊固載荷，組裝總成后回裝磨輥前已使整體螺栓受力不一致。
（4）在運行狀態下通過對螺栓受力分析，磨輥在運轉過程中其上下螺栓受力不一致。磨輥下部位置在加載壓力和物料料層波動雙重作用受力較大，上部位置受力相對較小；因磨輥是旋轉設備，定位端蓋位置隨磨輥旋轉而轉動，造成其本身受力位置不固定，螺栓在長期的交變載荷作用下受力不均，造成定位螺栓易被切斷。
綜上分析磨輥總成這樣的結構設計存在一定的局限性，定位端蓋直接受到總成的軸向沖擊，在實際使用過程中未充分考慮到定位螺栓所受到交變載荷的問題，造成螺栓切斷、端蓋頂開情況發生。
3 結構改進措施
結合目前磨輥使用情況并從實際經濟價值上考慮，查閱相關技術資料后采用在不動目前輥軸和輪轂尺寸的前提下進行結構改進。具體方法為：將圓柱軸承與圓錐軸承調換相對位置，使圓錐軸承受到的軸向沖擊通過間隔套、軸承外圈作用到輪轂軸肩上，而不作用在前端端蓋上，讓前端端蓋只起密封作用，不參與軸承的定位、固定。軸承游隙調整后軸向沖擊的作用力作用在輪轂軸肩上、反作用力作用在輥軸的壓蓋上，將輥軸壓蓋螺栓由原來的3條M48×160（12.9級）改為4條M48×160（12.9級）壓緊（見圖3）。
圖3 改進后磨輥總成示意
4 改進后磨輥總成裝配和使用注意事項
（1）結構改進后磨輥的裝配對總成使用的影響：磨輥在運行過程中，總成輪轂內溫度在（90±10） ℃范圍內波動，輪轂、軸承外圈在加載壓力作用下隨輥套旋轉，而軸承內圈固定在磨輥軸上不動，輪轂、軸承外圈溫度會比輥軸、軸承內圈溫度高，外圈膨脹量要比內圈大，因此圓錐軸承在安裝調整游隙時調整量要比工作游隙要小，其安裝間隙控制在1道或0道范圍內，以此保證運行的工作游隙，如果調整游隙過大，軸向的推力會使圓錐軸承受力不均勻，運行過程中易與軸承保持架產生摩擦和沖擊，造成保持架失效，繼而軸承損壞。合理調整圓錐軸承軸向游隙?配磨圓錐軸承間隔套，是總成組裝工藝的關鍵，與此同時總成在實際游隙調整時還需要考慮到裝配工藝、機加工水平、軸承制作、輪轂加工、輥軸加工制造誤差的存在，在裝配過程中需預組裝軸承，消除以上誤差對裝配帶來的影響，具體方法為：軸承開箱后預組裝圓錐軸承：①在檢修試驗平臺上，水平放置組對軸承外圈、內圈組件（間隔套未放入軸承內），均勻盤動軸承，保持軸承滾動體保持平衡，測量兩個軸承外圈相對位置間距，均勻取3~6個測量點，取平均值Q1；②使用外徑千分尺測量軸承間隔套寬度，均勻取3~6個點，取平均值Q2；③Q1-Q2＞0，軸承間隔套寬度加厚，Q1-Q2＜0，配磨軸承間隔套寬度減小，力求Q2值接近Q1值；④復核雙列圓錐滾子軸承整體寬度，均勻測量，取平均值Q4；⑤復核磨輥輪轂外沿至輪轂軸肩深度值，均勻測量，取平均值Q5；⑥復核磨輥總成外端蓋止口深度值，均勻測量，取平均值Q6；⑦Q4-Q5-Q6＞0，加長外端蓋止口深度，Q4-Q5-Q6＜0，加工縮短外端蓋止口深度，保持Q4-Q5-Q6數值為0，從而從整體上消除輪轂加工、軸承制作、裝配工藝等產生的誤差，使裝配游隙更加接近計算游隙，調整出合理的游隙量。
（2）改進后螺栓緊固對總成使用的影響：磨輥密封端蓋螺栓M30×140（12.9級）、輥軸定位螺栓M48×160（12.9級）的緊固，嚴禁使用錘擊扳手一次完成緊固螺栓，錘擊緊固螺栓會造成螺栓受力不均，部分螺栓的受力過大；磨輥在投入運行前附加上了緊固載荷，安裝緊固螺栓時使用扭矩扳手按照規定扭矩值來進行緊固，預緊力先按照規定扭矩值的50%~60%整體緊固后，再按照100%規定力矩均勻緊固，使螺栓均勻受力。
（3）改進后運行過程中關注立磨擋料圈對總成使用的影響：合理的立磨擋料圈高度對磨機做功、振動等影響較大。在加載壓力和喂料量一定的情況下，料層的厚薄，可通過調整擋料圈高度來穩定料層，以此來減少磨機振動，降低對磨輥軸承的損壞。
（4）改進后運行過程中關注磨輥輥套、磨盤的磨損對總成使用的影響：物料的粉碎在加載壓力的作用下通過轉動的磨盤和磨輥之間的間隙來完成。磨盤旋轉物料受離心力和摩擦力作用下，大塊物料或異物集中在磨盤外沿、擋料圈內側，所以在生產過程中，輥套和磨盤外側磨損較多且不均勻，磨損增多后會造成磨輥與磨盤間隙變大、研磨區出現偏移，造成磨輥軸向受力發生變化，磨機振動會整體加劇。在使用過程中利用停磨機會及時測量磨輥、磨盤的磨損量，定期對磨盤、輥套進行堆焊（每年年初堆焊一次、7月底8月初雨季發運量較少時堆焊一次），降低立磨振動，提高磨機運行效率。
5 結束語
磨輥總成作為立磨核心部件，通過對其結構的優化，可提高立磨運行的穩定性；合理的裝配程序、科學的工藝操作規程，可以保證立磨連續運行的可靠性。
來源：《水泥》
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