輥磨減速機(jī)靜壓軸承瓦面損傷原因及處理措施

宋宇范

輥磨是集破碎、干燥、粉磨、分級輸送于一體的大型粉磨設(shè)備，具有粉磨效率高、工藝流程簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、電耗低、鋼耗少、磨輥磨損小、易于操作等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于水泥、電力、冶金、化工、非金屬礦等行業(yè)。

輥磨通過減速機(jī)將電機(jī)扭矩和轉(zhuǎn)速由水平方向轉(zhuǎn)換成豎直方向后帶動磨盤轉(zhuǎn)動。輥磨減速機(jī)采用螺旋傘齒、平行斜齒、行星輪系結(jié)構(gòu)進(jìn)行減速增扭，由于其需承載磨盤自重和搖臂通過液壓缸施加給磨輥的壓力等垂直載荷，輥磨減速機(jī)設(shè)置有能夠承受垂直載荷的靜壓軸承。

輥磨減速機(jī)靜壓軸承是一種采用靜力潤滑的滑動軸承。靜壓軸承由外部的高壓油泵提供潤滑油來形成高壓油膜，以承受垂直載荷。靜壓軸承能夠在減速機(jī)輸出法蘭靜止的狀態(tài)下，建立起承載油膜，保證減速機(jī)在啟動階段其摩擦副相對的兩個內(nèi)表面無直接接觸，在減速機(jī)啟動和運轉(zhuǎn)期間，所承受的滑動阻力僅來自于流體粘性，其摩擦因數(shù)小、工作壽命長。

我公司在維修各種輥磨減速機(jī)過程中發(fā)現(xiàn)，減速機(jī)靜壓軸承表面的巴氏合金存在不同程度的貫穿劃痕并伴有鐵質(zhì)雜質(zhì)鑲嵌，同時在減速機(jī)輸出法蘭推力面上存在同心圓形狀的溝槽拉傷。受損的靜壓軸承及輸出法蘭推力面見圖1。減速機(jī)輸出法蘭推力面出現(xiàn)溝槽會降低輸出法蘭推力面與靜壓軸承形成的油囊的密封性，在同等供油壓力下，高壓油膜變薄，靜壓軸承能夠承載的垂直載荷下降，引發(fā)磨機(jī)跳停甚至靜壓軸承巴氏合金燒損。若想恢復(fù)靜壓軸承及輸出法蘭推力面的設(shè)計精度，靜壓軸承表面的巴氏合金需重新進(jìn)行澆注加工；輸出法蘭推力面需使用高精度的大型機(jī)床并配合超聲波振打設(shè)備或桁磨設(shè)備進(jìn)行打磨加工，才能使輸出法蘭推力面平面度和表面光潔度符合設(shè)計要求。這兩項工作不僅耗時長，而且維修費用高。

圖1 受損的靜壓軸承及輸出法蘭推力面

2015年，我公司對A公司原料輥磨減速機(jī)（型號TBP153V）進(jìn)行現(xiàn)場搶修時發(fā)現(xiàn)，減速機(jī)靜壓軸承及輸出法蘭推力面受損。

A公司擁有2條2 500t/d熟料生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線配備1臺原料輥磨，一號熟料生產(chǎn)線配備UM46.4輥磨、TBP153V減速機(jī)；二號熟料生產(chǎn)線配備JLM46.4輥磨、JLP250G減速機(jī)。2014年，因生產(chǎn)需要，考慮到兩臺輥磨結(jié)構(gòu)相近且減速機(jī)安裝尺寸相同，該公司將TBP153V減速機(jī)從一號生產(chǎn)線輥磨拆下，安裝在二號生產(chǎn)線輥磨上使用；對一號生產(chǎn)線輥磨減速機(jī)潤滑油站改造后，將JLP250G減速機(jī)安裝在一號生產(chǎn)線輥磨使用。

TBP153V減速機(jī)結(jié)構(gòu)見圖2。在使用過程中，TBP153V減速機(jī)因回油過濾器內(nèi)出現(xiàn)大量鐵屑，潤滑油站過濾器頻繁出現(xiàn)壓差高的問題，導(dǎo)致減速機(jī)無法正常連續(xù)運轉(zhuǎn)。對減速機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場拆解后，發(fā)現(xiàn)以下問題：

圖2 TBP153V減速機(jī)結(jié)構(gòu)

（1）齒輪軸下軸承（32260DF）外圈滾道點蝕剝落（見圖3）。

圖3 齒輪軸下軸承外圈滾道

（2）中間軸上部鼓形齒沉積大量油泥，齒面有塑性壓痕，壓痕深度約2mm（見圖4）。

圖4 中間軸上部鼓形齒

（3）內(nèi)齒套下部鼓形齒齒面有塑性壓痕，壓痕深度約3mm（見圖5）。

圖5 內(nèi)齒套下部鼓形齒

（4）太陽輪有一個齒的齒面有3處點蝕剝落，其余齒面在下部齒頂處有點蝕剝落，齒面有微裂紋（見圖6）。

圖6 太陽輪齒面

（5）行星輪軸承（23144B）內(nèi)圈滾道、滾動體表面嚴(yán)重點蝕剝落，外圈滾道有大量碎屑壓痕（見圖7）。

圖7 行星輪軸承

（6)靜壓軸承表面巴氏合金刮損出溝槽且表面有鐵質(zhì)雜質(zhì)鑲嵌（見圖8）。

圖8 靜壓軸承表面損傷且有雜質(zhì)鑲嵌

（7）輸出法蘭推力面出現(xiàn)條紋狀的環(huán)向拉傷（見圖9）。

圖9 輸出法蘭推力面出現(xiàn)條紋狀環(huán)向拉傷

該減速機(jī)的軸承故障可通過更換軸承快速解決，但靜壓軸承及輸出法蘭損傷需要經(jīng)過修復(fù)加工后才能恢復(fù)其技術(shù)參數(shù)，修復(fù)加工工作對加工機(jī)床精度要求較高。本次靜壓軸承和輸出法蘭的維修，因缺乏專用設(shè)備，且維修費用高、時間長，成為影響整體維修進(jìn)度的關(guān)鍵工序。

通過分析靜壓軸承上鑲嵌的鐵質(zhì)雜質(zhì)，可知其形狀相對規(guī)則，與減速機(jī)軸承點蝕剝落后產(chǎn)生的鐵屑不符；輸出法蘭順時針運轉(zhuǎn)，雜質(zhì)鑲嵌集中在靜壓軸承油囊右側(cè)的旋出端，按位置分析，鐵質(zhì)雜質(zhì)應(yīng)該是通過高壓油管路進(jìn)入的。

二號生產(chǎn)線輥磨減速機(jī)潤滑油站系統(tǒng)運行原理見圖10。由圖10可知，低壓油泵將潤滑油從油箱中泵出，先進(jìn)入過濾精度為0.08mm的低壓粗過濾器進(jìn)行過濾，再進(jìn)入板式冷卻器進(jìn)行冷卻；潤滑油從板式冷卻器流出后，進(jìn)入過濾精度為0.04mm的高壓精過濾器過濾，再被高壓油泵加壓后進(jìn)入高壓油分配器，經(jīng)高壓油管路進(jìn)入靜壓軸承。如潤滑油內(nèi)存在雜質(zhì)，通過低壓粗過濾器和高壓精過濾器兩次過濾即可將雜質(zhì)有效去除。經(jīng)了解，本次減速機(jī)維修前，雖經(jīng)常因鐵屑問題導(dǎo)致過濾器壓差報警，但清理過程中并未發(fā)現(xiàn)過濾器濾片存在損傷，本次拆檢也確實未發(fā)現(xiàn)兩個過濾器濾片損傷。

圖10 二號生產(chǎn)線輥磨減速機(jī)潤滑油站系統(tǒng)運行原理

在對二號生產(chǎn)線輥磨潤滑油站故障進(jìn)行排查的過程中，一號生產(chǎn)線輥磨減速機(jī)潤滑油站也出現(xiàn)故障跳停事故?？刂葡到y(tǒng)提示，故障為一號生產(chǎn)線輥磨減速機(jī)潤滑油站5號靜壓軸承壓力偏低，檢查發(fā)現(xiàn)，1號高壓油泵運行聲音異常，且出口壓力低于其他3臺高壓油泵。依據(jù)經(jīng)驗判斷，1號高壓油泵發(fā)生故障（1號高壓油泵向1號、5號、9號、13號靜壓軸承供油，2號高壓油泵向2號、6號、10號、14號靜壓軸承供油，3號、4號高壓油泵依此類推）。將1號高壓油泵更換后，減速機(jī)空載運行時各靜壓軸承壓力正常，投料后出現(xiàn)9號靜壓軸承壓力低，故障跳停，經(jīng)多次檢查未發(fā)現(xiàn)異常，再次帶料運轉(zhuǎn)后出現(xiàn)3號、7號靜壓軸承壓力低，故障跳停。

通過梳理前幾次跳停時的中控記錄發(fā)現(xiàn)，降輥信號和靜壓軸承壓力低存在連鎖關(guān)系。降輥動作完成20s內(nèi)，靜壓軸承壓力<2.45MPa時出現(xiàn)連鎖跳停，其中只有6號靜壓軸承壓力>2.45MPa。初步分析判斷是壓力測點故障引發(fā)的問題，因此，使用檢測壓力表對通過高壓油分配器上各靜壓軸承的壓力進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果與壓力傳感器反饋結(jié)果一致，只有6號靜壓軸承壓力>2.45MPa，其余都<2.45MPa，排除了壓力測點故障的可能性。本次測定發(fā)現(xiàn)，高壓油泵出口壓力正常，而經(jīng)過高壓油分配器之后的高壓油壓力卻達(dá)不到要求，說明高壓油泵到高壓油分配器之間存在問題。通過逐一拆解高壓油泵到高壓油分配器之間的管路，發(fā)現(xiàn)高壓油分配器內(nèi)的單向閥遇堵塞物被卡住，無法有效開啟，堵塞物與靜壓軸承上鑲嵌的雜質(zhì)相同。由于沒有單向閥備件，將所有單向閥進(jìn)行拆解清理，并檢查確認(rèn)低壓粗過濾器和高壓精過濾器濾片無損傷，再次試車，跳停故障消除，一號生產(chǎn)線輥磨恢復(fù)正常運行。高壓油分配器結(jié)構(gòu)示意見圖11，高壓油分配器內(nèi)置單向閥結(jié)構(gòu)示意及實物圖見圖12。

圖11 高壓油分配器結(jié)構(gòu)示意

圖12 高壓油分配器內(nèi)置單向閥結(jié)構(gòu)示意及實物圖

在協(xié)助該公司排除一號生產(chǎn)線輥磨跳停故障的過程中，現(xiàn)場工程師表示，由于供油壓力低及輸入軸漏油，兩臺減速機(jī)潤滑油站柱塞式高壓油泵無法維修，使用不足一年就需更換一次。結(jié)合二號生產(chǎn)線輥磨潤滑油站原理圖分析，高壓油從高壓精過濾器到高壓油分配器之間，僅有一個高壓油泵在運轉(zhuǎn)，因此，高壓油泵導(dǎo)致故障發(fā)生的可能性最大。

該高壓油泵為K60N-064 RSCN型柱塞泵。通過對近期更換下的柱塞高壓油泵進(jìn)行拆解可知，柱塞高壓油泵由7根柱塞桿通過斜盤的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成柱塞桿的往復(fù)運動完成供油工作，每個柱塞頭上裝配有3個密封環(huán)。拆解發(fā)現(xiàn)7個柱塞頭上的密封環(huán)均已出現(xiàn)不同程度損傷，而密封環(huán)斷裂后的形態(tài)與靜壓軸承瓦面鑲嵌的雜質(zhì)一致（見圖13）。

圖13 密封環(huán)斷裂后的形態(tài)

經(jīng)與出現(xiàn)過上述情況的客戶了解，其潤滑油站高壓油泵均為柱塞式。由此可知，柱塞式高壓油泵密封環(huán)斷裂是靜壓軸承瓦面鑲嵌雜質(zhì)產(chǎn)生的源頭。

通過與多個專業(yè)廠家就高壓油泵使用壓力及工況要求開展技術(shù)交流，該公司最終選擇了使用齒輪油泵替換柱塞油泵的方案，該方案無需對減速機(jī)潤滑油站進(jìn)行較大改動，只需改動電機(jī)支架及進(jìn)回油管，一個臺班工時即可完成現(xiàn)場改造，且齒輪式高壓油泵較柱塞式高壓油泵成本節(jié)省了40%以上。高壓油泵改造前后對比見圖14。

圖14 高壓油泵改造前后對比

2015年底，該公司輥磨潤滑油站的高壓油泵改造完成，減速機(jī)高壓油泵壓力穩(wěn)定，泵體使用壽命達(dá)2年以上，減速機(jī)運轉(zhuǎn)可靠性大幅提高。