回轉(zhuǎn)窯液壓擋輪裝置常見故障的分析與處理

周建軍 盧華武 鄭國信

中材裝備集團有限公司，天津 300400

回轉(zhuǎn)窯液壓擋輪裝置常見故障的分析與處理

周建軍 盧華武 鄭國信

中材裝備集團有限公司，天津 300400

液壓擋輪裝置是當(dāng)代回轉(zhuǎn)窯的重要組成部分之一，由機械主體、動力液壓系統(tǒng)和窯體上下竄動行程的自動控制系統(tǒng)三部分構(gòu)成。液壓擋輪在使用中經(jīng)常會出現(xiàn)一些問題：軸承損壞、擋輪主軸斷裂、擋輪上拔、擋輪與輪帶接觸面不圓或磨損過快、液壓缸漏油或內(nèi)泄、系統(tǒng)壓力高和波動大等異常現(xiàn)象。這些異?，F(xiàn)象往往是相互聯(lián)系、互相作用的，所不同的是問題出現(xiàn)的先后順序不一，所以在處理時必須要綜合考慮，全面解決，才能有效降低擋輪的事故率。

液壓擋輪 軸承損壞 擋輪上拔 液壓缸

0 引言

回轉(zhuǎn)窯窯體有規(guī)律地上下往復(fù)竄動，是為了延長輪帶、托輪、大小齒輪等機件的使用壽命。窯體的這種竄動，當(dāng)前最有效的技術(shù)措施是采用先進的液壓擋輪裝置。液壓擋輪裝置是吃力擋輪，龐大而沉重的窯體向上竄動全靠液壓擋輪的推動。如果制造、安裝、調(diào)試和維護沒有達到要求，受力很大的液壓擋輪裝置會經(jīng)常出現(xiàn)一些故障甚至事故，造成回轉(zhuǎn)窯不得不減產(chǎn)降速運行或停窯處理，從而導(dǎo)致回轉(zhuǎn)窯運轉(zhuǎn)率降低，水泥企業(yè)效益受損。液壓擋輪裝置常見的故障和事故有上軸承的過熱和損壞、主軸的斷裂、擋輪的上拔、擋輪的過快磨損、液壓缸漏油或內(nèi)泄、液壓系統(tǒng)的壓力超高或波動過大等。為減少和避免這些問題的發(fā)生，盡量減小水泥企業(yè)因此造成的損失，本文對當(dāng)前使用最多的先進液壓擋輪裝置的結(jié)構(gòu)、構(gòu)成和工作原理加以簡要介紹，對常見的故障或事故進行分析并提出相應(yīng)的解決措施。

1 液壓擋輪裝置的組成

回轉(zhuǎn)窯液壓擋輪裝置是由機械部分本體、擋輪控制系統(tǒng)和擋輪液壓系統(tǒng)組成的。

1.1 機械部分

大多數(shù)的回轉(zhuǎn)窯配套一套液壓擋輪，也有少數(shù)大型回轉(zhuǎn)窯配套兩套液壓擋輪，這主要是因為窯的下竄力加大，為進一步提高擋輪運轉(zhuǎn)的可靠性。液壓擋輪裝置的機械部分本體主要包括：擋輪、擋輪軸承座、軸承、擋輪主軸、導(dǎo)桿支座、軸承座滑動導(dǎo)桿和液壓缸等部分，其常見結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 液壓擋輪常見的機械結(jié)構(gòu)

擋輪是直接與輪帶接觸并推動窯體上、下竄動的部件，其與輪帶之間形成了滾動加微量滑動的復(fù)合運動，是易損件，表面由石墨塊潤滑。擋輪軸承座內(nèi)部安裝有擋輪軸承，固定在兩側(cè)的滑動導(dǎo)桿上，并可在滑動導(dǎo)桿上前后滑動。擋輪軸承一般選用球面調(diào)心滾子軸承和推力滾子軸承，分別裝于擋輪主軸的上、中、下位置，也有兩軸承結(jié)構(gòu)，球面調(diào)心滾子軸承承受擋輪的徑向下竄力，底部的推力滾子軸承承受擋輪的軸向力，軸承有干油和稀油兩種潤滑方式，現(xiàn)場大部分的軸承失效與受力和潤滑有關(guān)。擋輪主軸是將擋輪與軸承、擋輪軸承座等連為一體的部件，承受著交變彎矩載荷，在運行中出現(xiàn)折斷、彎曲現(xiàn)象在事故里占有一定比例。擋輪導(dǎo)桿支座與擋輪底座采用螺栓連接，其底面與窯中心線平行，承載著擋輪的所有載荷。軸承座滑動導(dǎo)桿承載著擋輪主體，確保擋輪在要求的軸線上滑行，其前后固定在導(dǎo)桿支座上，與擋輪軸承座通過軸套接觸，在軸套上設(shè)有潤滑孔需定期加油，在其兩端通常放置有馬蹄鐵，作為窯體上下行的機械限位；液壓缸是推動窯體上、下竄動的動力元件，其最大壓力一般應(yīng)控制在8 MPa左右，內(nèi)部的密封圈是易損件，有時會出現(xiàn)內(nèi)泄、漏油等問題。

1.2 電控部分

電控系統(tǒng)主要由PLC控制柜、現(xiàn)場限位開關(guān)控制裝置及油站監(jiān)測系統(tǒng)組成。下面主要介紹現(xiàn)場限位開關(guān)控制裝置的作用及調(diào)整。

液壓擋輪裝置的限位開關(guān)控制箱安裝在擋輪軸承座的側(cè)面，根據(jù)擋輪上下竄動的位置，可發(fā)出信號給PLC控制柜，以控制擋輪的液壓系統(tǒng)。圖2是現(xiàn)場常用的限位開關(guān)控制裝置，由6個感應(yīng)塊和對應(yīng)的6只限位開關(guān)組成。其中中間兩只限位開關(guān)和感應(yīng)塊是控制窯的正常上、下竄動的，現(xiàn)場初始設(shè)置行程一般是±10 mm。左邊的兩只限位開關(guān)是控制窯的上、下限位報警的，現(xiàn)場初始設(shè)置行程一般是±15mm，當(dāng)達到該行程時，應(yīng)向中控發(fā)出報警信號。右邊的兩只限位開關(guān)是控制窯的上、下極限位置的，現(xiàn)場初始設(shè)置行程一般是±30 mm，它要與窯主機聯(lián)鎖。

圖2 液壓擋輪的限位開關(guān)控制裝置

允許根據(jù)現(xiàn)場實際情況對液壓擋輪的行程作出適當(dāng)調(diào)整，以盡量保證各檔托輪和輪帶、大齒圈和小齒輪在全長范圍內(nèi)接觸且不脫空為原則，同時要注意改變行程后，齒輪罩、窯頭密封、窯尾密封各處應(yīng)無干涉。

1.3 液壓部分

液壓擋輪裝置的液壓部分是用來向液壓缸提供壓力油，使窯體強制上竄和有控制的下竄。如圖3所示，柱塞泵10尾部有流量調(diào)節(jié)旋扭，用來調(diào)節(jié)柱塞泵的輸出流量，進而調(diào)控窯的上竄動速度。窯上竄速度一般可控制在5 mm/h左右，若窯上下竄動的速度過快，可能造成托輪和輪帶以及大齒圈和小齒輪表面擦傷和過快磨損。安全閥13用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的最高溢流壓力，預(yù)防系統(tǒng)過載運行，可將系統(tǒng)溢流壓力設(shè)定在10 MPa左右。在液壓缸進口裝有蓄能器16，用來穩(wěn)定系統(tǒng)壓力、過濾峰值、延長元器件壽命，在現(xiàn)場安裝時，需向蓄能器里充氮氣，蓄能器里氮氣的壓力應(yīng)為擋輪裝置工作壓力的70%左右。

圖3 擋輪液壓系統(tǒng)工作原理圖

電磁換向閥7是用來控制液壓缸的油液何時回流油箱，屬常閉狀態(tài)，當(dāng)窯到達上限位時，電磁閥打開液壓缸至油箱的回路，同時柱塞泵停止工作，窯開始下竄。在回油管路上，裝有過濾器12，主要用來過濾油路中的雜質(zhì)、異物，當(dāng)過濾器出現(xiàn)0.5 MPa的壓差時，系統(tǒng)將自動報警，說明濾蕊堵塞需要清洗了。節(jié)流閥8用來調(diào)節(jié)液壓缸回油流量大小，用以控制窯下竄速度，當(dāng)順時針旋轉(zhuǎn)時窯下竄速度變慢，逆時針旋轉(zhuǎn)時窯下竄速度變快，窯下竄速度一般可控制在3 mm/h左右。

2 液壓擋輪的工作原理

待回轉(zhuǎn)窯穩(wěn)定運轉(zhuǎn)后，窯速大于2.5 r/min時，方可開啟擋輪液壓站，并根據(jù)擋輪的行程拆下一些擋鐵。如圖3所示，擋輪液壓站開啟后，柱塞泵電機開始運行，柱塞泵與電磁閥聯(lián)鎖，電磁閥處于常閉狀態(tài)，此時柱塞泵經(jīng)過濾器6從油箱3中吸油，經(jīng)單向閥11、截止閥9進入液壓缸17，在壓力油作用下，液壓缸活塞推動擋輪迫使窯體向上竄動。當(dāng)窯體上竄到上限位，擋輪的上限位感應(yīng)塊碰到上限位開關(guān)后，電磁閥得電變?yōu)榻油顟B(tài)，打開液壓缸至油箱的回路，同時柱塞泵電機停止供油，此時窯體在自身下竄力的作用下，緩慢下竄，液壓缸中的液壓油通過節(jié)流閥、電磁閥流回油箱。

當(dāng)窯體下竄到擋輪的下限位，下限位感應(yīng)塊碰到下限位開關(guān)時，柱塞泵又接通電源運轉(zhuǎn)，同時電磁換向閥的電磁鐵斷電，閥體在彈簧作用下動作，關(guān)閉液壓缸至油箱的通路，擋輪又重新推動窯體上行，如此往復(fù)。

3 現(xiàn)場常見故障和事故及原因分析

現(xiàn)場液壓擋輪經(jīng)常出現(xiàn)的故障和事故有：軸承損壞、擋輪主軸斷裂、擋輪上拔、擋輪與輪帶接觸面不圓或磨損過快、液壓缸漏油或內(nèi)泄、系統(tǒng)壓力高和波動大等異?，F(xiàn)象。

3.1 軸承損壞

擋輪軸承損壞是擋輪最常見的損壞形式，造成軸承損壞的主要原因有：

（1）潤滑不良。在使用過程中潤滑油出現(xiàn)損耗不能得到及時補充，特別是稀油潤滑時，容易出現(xiàn)漏油的情況，另外軸承的工作環(huán)境溫度過高，潤滑油粘度降低，油膜遭到破壞也會造成潤滑不良。

（2）負荷過大。由于窯筒體出現(xiàn)彎曲變形、中心線發(fā)生變化，可導(dǎo)致軸承承受過大的徑向和軸向力，當(dāng)托輪中心線與窯中心線不平行而使窯體產(chǎn)生額外向下的軸向力時，也會導(dǎo)致軸承負載過大，壓力高。

（3）貯能器充氮壓力過高或過低，使軸承負載出現(xiàn)峰值沖擊力。

（4）軸承本身存在的質(zhì)量問題。

3.2 擋輪軸折斷

現(xiàn)場有時也會發(fā)生擋輪主軸折斷的情況，如圖4所示。一般發(fā)生在擋輪和軸接觸部位的根部，可能的原因有：

（1）承載力過大，窯除了有因傾斜放置而產(chǎn)生的下竄力外，還有因托輪軸向與窯中心線不平行，而額外產(chǎn)生的軸向力，該力的大小與托輪和窯中心線夾角有關(guān)，這兩個力合成為窯的下竄力。當(dāng)擋輪長期承受較大的下竄力時，擋輪軸也相應(yīng)承受一個過大的交變彎曲應(yīng)力，此應(yīng)力一旦達到軸的疲勞極限就將導(dǎo)致軸失效。

圖4 擋輪軸折斷

（2）承受交變沖擊載荷，由于窯中心線發(fā)生彎曲或筒體局部變形，導(dǎo)致輪帶軸向偏擺，擋輪壓力呈現(xiàn)周期性劇烈波動，幅度有時會達到5 MPa以上。如果經(jīng)常出現(xiàn)這種壓力劇烈波動，將導(dǎo)致主軸承受過大的交變彎曲載荷，特別是將液壓系統(tǒng)關(guān)閉，擋輪用馬蹄鐵限位，作為死擋輪使用時，此時液壓系統(tǒng)不能再起到緩沖減震作用了，輪帶給擋輪的沖擊載荷變?yōu)閯傂詻_擊，更容易造成軸的彎曲疲勞斷裂。

（3）軸本身原因，如軸表面、內(nèi)部存在鑄造缺陷或裂紋，熱處理不當(dāng)內(nèi)部有殘余應(yīng)力，軸在補焊修復(fù)時操作不當(dāng)，另外若選材不合適，將同樣導(dǎo)致軸最終因機械性能達不到實際要求而損壞。

3.3 擋輪上拔

擋輪和輪帶一般成一個錐角傾斜接觸，正常工況下，垂直于接觸面的正壓力會產(chǎn)生一個豎直向下的分力，輪帶給擋輪裝置一個向下的壓力。安裝時要求擋輪裝置相對窯中心線要偏向輪帶的旋入側(cè)，偏移量為3 mm～5mm，如圖5所示，以確保輪帶給擋輪的作用力始終是向下的。但當(dāng)擋輪的安裝位置錯誤，擋輪裝置的中心線偏向了輪帶的旋出側(cè)，或者窯的中心線發(fā)生彎曲變形，輪帶旋轉(zhuǎn)時就會向上帶擋輪。另外擋輪和輪帶的接觸面磨損不均、出現(xiàn)溝槽時，輪帶旋轉(zhuǎn)時也可能會給擋輪裝置向上的力造成擋輪上拔的現(xiàn)象。

3.4 擋輪與輪帶接觸面不圓或磨損過快

帶錐角的輪帶和擋輪接觸表面，理論上是純滾動接觸的，應(yīng)該是均勻的磨損且磨損量較小。但當(dāng)擋輪的中心線與窯的中心線偏移量過大或窯中心線彎曲過大時，擋輪和輪帶的接觸表面除了純滾動外還會產(chǎn)生相對滑動，造成接觸表面的不均勻或過快磨損，初始其表面會出現(xiàn)環(huán)狀磨痕。另外窯中心線不正，輪帶軸向偏擺量過大，或擋輪底座與窯中心線不平行，導(dǎo)致?lián)踺喒ぷ髅娉霈F(xiàn)局部接觸，或擋輪運轉(zhuǎn)不靈，軸承異常，出現(xiàn)周期性丟速，擋輪和輪帶的材質(zhì)硬度偏低，也會造成擋輪與輪帶接觸面不圓或磨損過快。

圖5 擋輪裝置安裝位置

3.5 液壓缸漏油或內(nèi)泄

有的擋輪液壓缸存在內(nèi)部密封失效、內(nèi)泄大、導(dǎo)向套磨損嚴重、易拉缸以及缸端蓋處有外泄等問題，導(dǎo)致液壓缸不能正常工作，進而擋輪裝置也無法推動窯體上下竄動，造成輪帶和托輪以及大齒圈和小齒輪表面磨損不均出現(xiàn)臺階。

3.6 系統(tǒng)壓力高、波動大

擋輪液壓系統(tǒng)的壓力高，在排除液壓管路系統(tǒng)自身的原因后，一般是由于托輪與窯中心線不平行，給窯體向下的軸向力過大，或者托輪及小齒輪表面磨出臺階，母線不直造成的。當(dāng)窯的中心線變化，輪帶出現(xiàn)過量的軸向偏擺，或擋輪工作面不圓和磨損不一致，以及蓄能器里面氮氣的壓力過高或過低，都會造成擋輪的工作壓力波動幅度過大，影響擋輪的使用壽命。

4 解決措施

（1）擋輪在安裝時要把握好關(guān)鍵尺寸，控制好偏差范圍，如擋輪和輪帶的接觸長度、擋輪的斜度、擋輪橫向偏移量等。如果超出了要求范圍一定要及時糾正，否則后續(xù)運行就會出現(xiàn)一些問題。

（2）擋輪投入運行后要定期測量、檢查：如窯中心線偏差是否超標(biāo)、擋輪與窯中心線的偏移量是否在要求范圍、底座的傾斜度是否正常、各處連接螺栓是否松動。

（3）要控制好窯的下竄力即液壓擋輪壓力，一般在3.5～6 MPa之間，超出范圍要及時調(diào)整，現(xiàn)場操作一般可通過調(diào)整托輪中心線與窯中心線的夾角，來達到所需的下竄力。

（4）擋輪軸承潤滑應(yīng)有專人負責(zé)，若擋輪使用干油潤滑，可從底部每周加油兩次，每次要加到有舊油從上面冒出為止。潤滑油要有很高的粘度和抗極壓性能，如果使用浠油，一定要每班檢查一次油位，并盡可能地提高油位高度，溫度要控制在80 ℃以下，因為溫度過高，油的粘度會隨之下降，軸承油膜變薄，易損壞軸承。

（5）軸承測溫信號要引入中控，運行中可隨時監(jiān)測溫度變化，若溫度有連續(xù)上升趨勢，就要及時查找原因進行處理，溫度一旦升高到一定值，軸承油膜就會變薄或消失，最終導(dǎo)致軸承損壞，軸承溫度升高往往也是軸承損壞的前兆，現(xiàn)場可采取改變工藝操作和增設(shè)隔熱板、加快散熱、加注冷油等措施來處理。

（6）擋輪和輪帶工作面出現(xiàn)嚴重的磨損或變形現(xiàn)象，要及時采取措施處理，如打磨、堆焊車圓、更換、找正等，使工作面恢復(fù)到初始狀態(tài)，盡量不要湊合運轉(zhuǎn)，同時要注意改善其表面潤滑，如果早期出現(xiàn)磨痕，可在擋輪表面定時噴涂高溫潤滑脂，增強潤滑效果，可有效減緩工作表面的磨損。

（7）如出現(xiàn)擋輪工作壓力波動幅度過大，要及時查找原因，盡早處理，若屬筒體受熱不勻，溫差過大變形而導(dǎo)致輪帶偏擺、壓力波動，就要及時調(diào)整煅燒操作，盡快使筒體溫度趨于正常，減少筒體中心線的變形，使輪帶軸向跳動恢復(fù)正常。蓄能器每半年要檢測一次，氣壓不足時要及時補壓。

（8）窯中心線最好在1～2年內(nèi)由專業(yè)人員定期檢測一次，超出允許范圍時要及時調(diào)整，中心線變化會對擋輪受力造成影響，另外窯的托輪、輪帶、齒輪表面也要定期檢查，出現(xiàn)磨出臺階或回轉(zhuǎn)母線不直等現(xiàn)象時要及時打磨或車削處理，否則會導(dǎo)致?lián)踺喩细Z力過大，使擋輪存在損壞的風(fēng)險。

（9）改進液壓缸的結(jié)構(gòu)，液壓缸活塞處選用新型組合式密封件，在液壓缸上要設(shè)置排氣裝置，并應(yīng)選用專業(yè)廠家制作的液壓缸。

（10）要定期對擋輪的易損件進行檢查維護，檢修中要避免對軸表面進行焊接、烘烤等操作，以免改變內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)應(yīng)力集中，損壞擋輪主軸。每年大修時應(yīng)將擋輪裝置拆開，檢查軸承的磨損情況，更換已損壞零件，對軸承和擋輪軸承座內(nèi)部進行徹底清洗，另外在更換軸承、螺栓等標(biāo)準件時，一定要到信譽好、質(zhì)量可靠的供應(yīng)商處采購?？沙湟惶讚踺喌妮S承以備損壞時及時更換。

5 結(jié)束語

本文針對液壓擋輪裝置在現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)的一些故障和事故，結(jié)合在設(shè)計、安裝和調(diào)試維護過程中一些現(xiàn)場問題的處理經(jīng)驗，介紹了現(xiàn)場的一些解決措施和注意事項。

上述液壓擋輪裝置的故障和事故往往是相互聯(lián)系、互相作用的，所不同的是問題出現(xiàn)的先后順序不一，所以在處理時必須要綜合考慮，全面解決，這樣才能有效降低擋輪的事故率。

若由于現(xiàn)場的工況造成擋輪的壓力一直很高，壓力波動偏大，擋輪軸承頻繁損壞，也可考慮通過對擋輪裝置結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，提高擋輪裝置軸承的承載能力和對具體工況的適應(yīng)性來加以解決。

TQ172.687

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1008-0473(2016)04-0012-05 DOI編碼：10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.04.004

2016-04-25）