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低速筒式磨煤机过桥齿轮轴颈磨损故障的影响因素分析及处理

2013-10-11

杨宏龙
　　低速筒式钢球磨煤机过桥齿轮轴颈磨损是此类磨煤机多发故障之一，具体发生部位为过桥齿轮轴承与轴配合处轴颈。轴颈磨损后，轻则停磨检修，重则会引起轴承损坏、全轴磨损、弯曲、断裂、齿轮损毁等重大设备事故，造成重大经济损失；齿轮轴的后期检修工艺复杂、工作量大，检修工期较长，对机组的安全经济运行造成严重影响。
　　我公司共有低速磨煤机8台，其中DTM320/580、DTM250/400两种型号各4台。平均每年要进行1-3次过桥齿轮轴颈修复工作。
　　从我厂磨煤机检修记录中可以看出，此故障出现周期约为1-4年，根据磨煤机容量、轴的材质、过盈配合尺寸、轴承润滑情况、启停频率等因素的不同而形成不同的磨损周期。
　　在磨煤机启动及运行中，过桥齿轮轴承载着较大的扭矩传递工作，特别在启动时载荷将成倍增长。在此力矩的长期反复作用下，轴颈及轴承结合面金属晶粒将发生疲劳损坏，机械强度降低，Z终将会因承受不住巨大力矩而发生轴承“跑内圆”现象，此时如继续运行，轴颈不断磨损加剧，如不及时处理，将会造成整个轴系损坏。
　　以下对各影响此磨损周期的因素进行分析：
　　一、磨煤机容量
　　由于磨煤机容量的不同，过桥齿轮轴所承受的载荷也有不同。载荷增大，磨损周期相应缩短。从我公司检修情况可以看出：
　　DTM250/400型磨损周期约为3-5年，DTM320/580型较DTM250/400型磨损周期缩短约为1-2年。
　　二、轴的材质
　　我公司DTM250/400型磨煤机过桥齿轮轴使用的是45#优质碳素结构钢；DTM320/580型则使用20GrMo。合金钢较45#优质碳素结构钢耐磨性更好一些，但由于其韧性降低，多次发生了轴颈断裂故障，使整个轴系报废。
　　三、过盈配合尺寸
　　过桥齿轮轴颈与轴承内圈的配合尺寸一般采用0.03-0.05mm的过盈配合。适当提高过盈尺寸将会使使用寿命有所提高，但过高也将会造成其他负面影响。例如我公司DTM250/400磨煤机一过桥齿轮轴颈修配时采取0.07mm的过盈尺寸，在使用过程中情况较好，但2年后发生了过桥齿轮轴承“跑外圆”现象，致使过桥齿轮轴承座磨损达2mm，无法修复。分析其原因：系轴颈过盈尺寸偏大造成的。
　　四、轴承润滑情况
　　轴承润滑情况是人为对磨损周期进行控制的Z关键因素。过桥齿轮轴承所用润滑油多为3#锂基润滑脂，其使用温度在-20℃-120℃之间，完全能适用轴承润滑要求。但由于润滑脂在使用一段时间后会产生“硬化”现象，并且在高温时容易从轴端流失，所以应定期对轴承润滑脂进行补充、更换。一般以每月应补充一次为宜；每半年进行一次全面更换。夏季应适当增大补充频率及补充量。每次更换润滑脂量应以能覆盖轴承2/3为宜。
　　如果轴承润滑油得不到及时的补充、更换，将会造成轴承磨损加剧，同时也会使轴颈磨损周期缩短。轴承润滑状况差，可造成使用周期缩短至3个月。
　　五、启停频率
　　由于磨煤机启动时过桥齿轮轴负载增大，频繁启、停磨煤机将会导致轴颈所承受交变应力增大，疲劳损坏程度增加，因此合理控制粉仓粉位、利用输粉绞龙等设备有效降低磨煤机启停次数，必将延长磨煤机过桥齿轮轴颈的使用寿命。
　　六、其它
　　在设备运行过程中，过桥齿轮轴承质量、轴承座密封质量等因素也都对轴颈磨损周期产生较大的影响：由于轴承密封质量差，将会造成轴承进灰引起轴承磨损，同时也使轴颈磨损加剧；轴承的保持架磨损后将增大轴的传动力矩，使磨损加剧；齿轮中心不对或啮合存在问题也会使轴系发生振动，同时加剧磨损；磨煤机钢球存量过大，也会引起启动力矩增加，加重磨损。
　　由于过桥齿轮轴颈的磨损周期存在着不固定性，因此定期、细致的检查工作显得尤为重要。根据以往检修经验，每半年（利用小修期间）应对过桥齿轮轴颈进行一次检查，具体方法如下：
　　拆除过桥齿轮轴承端盖；拆除轴端防护罩及防护轴套；彻底清理轴承及轴四周油污；用0.02-0.05mm塞尺塞取轴颈与轴承间间隙。一旦有间隙存在，必须立即进行处理。大修期间或轴承运行2年后，则应将轴系全部吊出，拆除轴承后进行轴颈的直径实测。
　　过桥齿轮轴颈磨损后，处理方法有多种，都存在各自的优缺点。也可对轴进行更换处理，但有些过桥齿轮轴与齿轮在出厂时是一体生产的（例如洛阳矿山机械厂生产的DTM320/580型），整体更换将会带来巨大的浪费。以下是一些对受损轴颈进行修复的方法。
　　一、轴颈喷涂技术
　　轴颈喷涂工作分为二个部分：热喷涂及轴颈加工。热喷涂就是利用某种热源，如电弧、等离子弧等将粉末状或丝状的金属和非金属涂层材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰流本身的动力或外加的高速气流雾化并以一定的速度喷射到经过预处理的基体材料表面，与基体材料结合而形成表面涂层。其喷涂厚度一般在0.15mm以下。
　　经喷涂后的轴颈还需经车床进行精加工，达到所需要的配合尺寸。
　　喷涂技术具有检修周期短，易于处理、花费少等特点，可处理磨损尺寸小于0.20mm以下的轴颈。但经后期使用证明：其存在使用寿命短的缺点，一般使用周期为1-2年。
　　二、轴颈堆焊技术
　　轴颈堆焊是指在磨损的轴颈处进行堆焊，然后进行车削加工获得所需尺寸的检修工艺。在轴轴堆焊时，应将整轴垂直吊起，以防在焊接受热时受自重影响而发生变形。在施焊时，应由2名焊工同时操作，对面进行，以防止由于热偏差引起轴变形。焊接后，采用石棉板等保温材料进行保温。轴颈堆焊后由于受到现场条件限制，无法进行调质处理，因此焊接产生的热应力无法消除，严重影响整轴的使用寿命。另外合金钢轴不宜进行堆焊处理，这是因为合金钢的焊接性能稍差。我公司台DTM320/580型磨煤机过桥齿轮轴（合金钢）在进行堆焊处理后，未作保温、调质处理，仅使用3天后即发生断裂。
　　三、轴颈镶套技术
　　轴颈镶套技术是指在磨损轴颈上镶上一轴套，再对轴套进行车削加工的工艺。其中轴与轴套的过盈配合尺寸为0.20mm，采用热套的方法使轴与轴套定位。热套时轴套加热温度控制在100-120°C，Z高不超过150°C。轴套厚度一般以10-15mm为宜，过小则影响轴套强度，过厚则会加大轴颈切削尺寸，使轴的有效直径减少，降低轴的强度。轴套镶上后，由于在热套时会产生一定变形，所以，应在热套后应再次对轴套外圆尺寸进行加工，以保证同轴度及径向尺寸符合要求，因此轴套外圆应留有0.5mm左右的加工余量。轴套二次加工后与轴承内圈之间应保持0.03-0.05mm的紧力。此紧力不可过大，否则在轴运转时将会产生异常热膨胀，使轴承轨道变形，轻则引起轴承温度过高，重则使轴承“跑外圆”，引起轴承座损坏。
　　对磨损轴进行镶套处理后，由于轴颈承载面积降低，必然引起轴机械性能特别是抗扭曲性能的降低，因此必须在平时维护工作中加强设备的维护保养。首先应做到每月过对桥齿轮轴承加油一次，每半年打开轴承端盖，检查轴承保持架、轴承磨损情况；用塞尺检查轴承内圆与轴颈是否存在间隙以确定磨损情况。
　　镶套工艺尽管在一定程度上影响了轴的机械性能，但由于其不受轴的材质影响，并具有加工周期短的特点，在实际检修工作中得到了广泛的应用。经多年实践证明，镶套处理后的过桥齿轮轴使用寿命均在3年以上，从未发生过断轴现象，是目前对磨煤机过桥齿轮轴颈磨损进行处理的Z佳方案。
　　自轴颈镶套技术在我公司应用后，已经对4根磨损轴进行了成功修复，取得了较好效果。由于过桥齿轮轴与齿轮均一体加工而成，总体造价约20-30万元，而每次镶套处理中材料及机械加工费用仅5000元左右，因此镶套技术将有效降低检修成本。现在，轴颈镶套技术正向我公司其它设备上推广。
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