環(huán)冷機(jī)車輪脫落的研究和對(duì)策

王利志，王鋒，崔文龍，陰利輝，吳寶兵

（河鋼股份有限公司承德分公司，河北 承德 067002）

目前，國(guó)內(nèi)燒結(jié)廠多采用環(huán)冷機(jī)冷卻燒結(jié)礦，隨著燒結(jié)機(jī)的不斷大型化，環(huán)冷機(jī)也相應(yīng)地朝大型化方向發(fā)展。環(huán)冷機(jī)機(jī)體的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)一般有車輪式、托輪式等。其中，托輪式車體靠托架在托輪上運(yùn)轉(zhuǎn)，車輪式車體與車輪共同在軌道上運(yùn)行。以我鋼廠415㎡環(huán)冷機(jī)車輪式車體為例，環(huán)冷機(jī)沿中徑44m圓環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)一周時(shí)間為：46.6～139.8min，正常時(shí)間為：80min。在運(yùn)轉(zhuǎn)一周的時(shí)間內(nèi)通過環(huán)冷鼓風(fēng)機(jī)將溫度高700～800℃燒結(jié)礦冷卻至燒結(jié)礦表面溫度應(yīng)在100℃以下。由此可見，燒結(jié)機(jī)故障停機(jī)將極大影響整個(gè)燒結(jié)系統(tǒng)的生產(chǎn)。

環(huán)冷機(jī)系統(tǒng)停機(jī)的主要原因是環(huán)冷機(jī)車輪的脫落。當(dāng)車輪脫落后進(jìn)行事故搶修需要3～4小時(shí)，特別是車輪脫落后發(fā)現(xiàn)不及時(shí)臺(tái)車停在更換位置空間不足部位時(shí)會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)機(jī)長(zhǎng)達(dá)10小時(shí)以上停機(jī)，嚴(yán)重影響了燒結(jié)機(jī)的生產(chǎn)產(chǎn)量。本文通過對(duì)環(huán)冷機(jī)車輪軸承受力情況及潤(rùn)滑密封情況進(jìn)行分析，找出問題所在，并制定相應(yīng)的對(duì)策，以期達(dá)到環(huán)冷機(jī)車輪穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

1 環(huán)冷機(jī)車輪脫落原因分析

1.1 環(huán)冷機(jī)車輪軸承力分析

環(huán)冷機(jī)臺(tái)車運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)裝置為相對(duì)對(duì)稱布置的電機(jī)減速機(jī)帶動(dòng)摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，摩擦輪壓緊、驅(qū)動(dòng)摩擦板轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而達(dá)到使環(huán)冷轉(zhuǎn)動(dòng)的目的（如圖1）。

圖1 環(huán)冷機(jī)傳動(dòng)簡(jiǎn)圖

該種驅(qū)動(dòng)方式造成環(huán)冷機(jī)臺(tái)車單車在驅(qū)動(dòng)力F1和F2作用下運(yùn)行軌跡呈橢圓運(yùn)行（圖2）。進(jìn)而使車輪軸承在臺(tái)車運(yùn)行時(shí)除受車體及負(fù)荷重量產(chǎn)生的壓力（F3）外（圖3），還受臺(tái)車在運(yùn)動(dòng)過程中的往復(fù)軸向力（F4）。

圖2 環(huán)冷機(jī)理論及實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡

我廠415㎡環(huán)冷機(jī)臺(tái)車車輪軸承型為雙列圓錐輥?zhàn)虞S承，其結(jié)構(gòu)示意圖及受力圖如圖3。析可知，在車體及負(fù)荷重量產(chǎn)生的壓力F3

圖3 環(huán)冷機(jī)軸承受力分析圖

由圖3分作用下，軸承里套分別承受了F3.1、F3.3的軸向力和F3.2、F3.4的徑向力，以及臺(tái)車在圓周運(yùn)動(dòng)過程中承受的往復(fù)軸向力F4。從受力分析可知，鎖母的緊力和軸向間隙的控制是在軸承內(nèi)外套間隙固定情況下保證車輪軸承穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

1.2 環(huán)冷機(jī)車輪潤(rùn)滑密封形式分析

我鋼廠環(huán)冷機(jī)在環(huán)冷機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中測(cè)量環(huán)冷機(jī)車輪實(shí)際工作環(huán)境溫度最高為：160.9℃，平均環(huán)境溫度為：124.2℃，車輪輪體最高溫度為86.7℃。其測(cè)溫圖如圖4。

圖4 環(huán)冷機(jī)工作環(huán)境及車輪紅外測(cè)溫圖

環(huán)冷機(jī)車輪組件中對(duì)軸承腔的密封形式主要有兩種，一種為骨架油封密封，一種為骨架油封加迷宮密封兩種。此兩種密封示意圖如圖5。

圖5 環(huán)冷機(jī)車輪密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

由于環(huán)冷機(jī)的冷卻方式為鼓風(fēng)冷卻，臺(tái)車與風(fēng)箱之間密封采用的是浮動(dòng)滑板式密封，在環(huán)冷機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)有細(xì)小的燒結(jié)礦顆粒吹出，當(dāng)密封失效時(shí)，一部分落入軸頭及密封環(huán)處的顆粒會(huì)隨著臺(tái)車的運(yùn)行進(jìn)入車輪軸承潤(rùn)滑腔內(nèi)的油脂中，造成油品污染，導(dǎo)致軸承因潤(rùn)滑失效而損壞。

2 環(huán)冷機(jī)車輪脫落預(yù)防措施

2.1 重新組裝車輪確定關(guān)鍵尺寸鏈

為了解決在檢修過程中對(duì)車輪安裝的精度要求，利用AUTOCAD對(duì)車輪進(jìn)行建模。通過在建模過程中恢復(fù)各備件的原始安裝精度，通過尺寸鏈計(jì)算出車輪組件的關(guān)鍵控制點(diǎn)（圖6）線下新備件實(shí)際組裝車輪組件與檢修拆除控制尺寸鏈大的臺(tái)車半軸組件與AUTOCAD建模后尺寸鏈進(jìn)行分別對(duì)比。除規(guī)定半軸精度外，還確定了各尺寸部件的相關(guān)要求如表1。

圖6 環(huán)冷機(jī)車輪檢修控制尺寸示意圖

表1 車輪尺寸鏈控制要求表

2.2 重新設(shè)計(jì)車輪密封形式，采用耐高溫密封油封

由于環(huán)冷機(jī)車輪實(shí)際工作環(huán)境溫度最高為：160.9℃，平均環(huán)境溫度為：124.2℃，車輪輪體最高溫度為86.7℃。在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)端蓋部位的骨架油封由于溫度過高油封材質(zhì)變軟，油封整體向外擠出，導(dǎo)致密封失效。為防止該現(xiàn)象發(fā)生，重新設(shè)計(jì)了車輪的端蓋取消了車輪端蓋處的密封，將端蓋由“透蓋”形式改為了“悶蓋”形式（圖7）。為防止高溫對(duì)骨架油封的影響，將密封環(huán)處的骨架油封材質(zhì)由原來的丁腈橡膠改為氟橡膠。

3 措施落實(shí)前后對(duì)比

從2017年7月開始利用檢修逐漸對(duì)環(huán)冷機(jī)車輪進(jìn)行安裝尺寸控制及密封更換，經(jīng)過一年的實(shí)踐通過對(duì)車輪脫落事故統(tǒng)計(jì)得出，故障率降低了65%。環(huán)冷機(jī)車輪脫落故障得到了有效的控制。

4 結(jié)語

圖7 環(huán)冷機(jī)透蓋改造示意圖

環(huán)冷機(jī)車輪軸承長(zhǎng)期處于低速重載的工況下運(yùn)行，如何有效準(zhǔn)確地判斷出軸承故障一直是點(diǎn)檢、維護(hù)人員的一大難點(diǎn)。對(duì)環(huán)冷機(jī)車輪的安裝尺寸控制及密封形式的改善能過有效地避免因車輪軸承因在重載及潤(rùn)滑不足條件下產(chǎn)生故障導(dǎo)致停機(jī)、停產(chǎn)。通過對(duì)環(huán)冷機(jī)車輪脫落的研究，也能印證軸承的裝配精度及潤(rùn)滑狀態(tài)是否良好直接關(guān)系到整個(gè)車輪的使用壽命。