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啤嶺機電設備（上海）有限公司
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低速筒式磨煤機過橋齒輪軸頸磨損故障的影響因素分析及處理

2013-10-11

楊宏龍
　　低速筒式鋼球磨煤機過橋齒輪軸頸磨損是此類磨煤機多發故障之一，具體發生部位為過橋齒輪軸承與軸配合處軸頸。軸頸磨損后，輕則停磨檢修，重則會引起軸承損壞、全軸磨損、彎曲、斷裂、齒輪損毀等重大設備事故，造成重大經濟損失；齒輪軸的后期檢修工藝復雜、工作量大，檢修工期較長，對機組的安全經濟運行造成嚴重影響。
　　我公司共有低速磨煤機8臺，其中DTM320/580、DTM250/400兩種型號各4臺。平均每年要進行1-3次過橋齒輪軸頸修復工作。
　　從我廠磨煤機檢修記錄中可以看出，此故障出現周期約為1-4年，根據磨煤機容量、軸的材質、過盈配合尺寸、軸承潤滑情況、啟停頻率等因素的不同而形成不同的磨損周期。
　　在磨煤機啟動及運行中，過橋齒輪軸承載著較大的扭矩傳遞工作，特別在啟動時載荷將成倍增長。在此力矩的長期反復作用下，軸頸及軸承結合面金屬晶粒將發生疲勞損壞，機械強度降低，Z終將會因承受不住巨大力矩而發生軸承“跑內圓”現象，此時如繼續運行，軸頸不斷磨損加劇，如不及時處理，將會造成整個軸系損壞。
　　以下對各影響此磨損周期的因素進行分析：
　　一、磨煤機容量
　　由于磨煤機容量的不同，過橋齒輪軸所承受的載荷也有不同。載荷增大，磨損周期相應縮短。從我公司檢修情況可以看出：
　　DTM250/400型磨損周期約為3-5年，DTM320/580型較DTM250/400型磨損周期縮短約為1-2年。
　　二、軸的材質
　　我公司DTM250/400型磨煤機過橋齒輪軸使用的是45#優質碳素結構鋼；DTM320/580型則使用20GrMo。合金鋼較45#優質碳素結構鋼耐磨性更好一些，但由于其韌性降低，多次發生了軸頸斷裂故障，使整個軸系報廢。
　　三、過盈配合尺寸
　　過橋齒輪軸頸與軸承內圈的配合尺寸一般采用0.03-0.05mm的過盈配合。適當提高過盈尺寸將會使使用壽命有所提高，但過高也將會造成其他負面影響。例如我公司DTM250/400磨煤機一過橋齒輪軸頸修配時采取0.07mm的過盈尺寸，在使用過程中情況較好，但2年后發生了過橋齒輪軸承“跑外圓”現象，致使過橋齒輪軸承座磨損達2mm，無法修復。分析其原因：系軸頸過盈尺寸偏大造成的。
　　四、軸承潤滑情況
　　軸承潤滑情況是人為對磨損周期進行控制的Z關鍵因素。過橋齒輪軸承所用潤滑油多為3#鋰基潤滑脂，其使用溫度在-20℃-120℃之間，完全能適用軸承潤滑要求。但由于潤滑脂在使用一段時間后會產生“硬化”現象，并且在高溫時容易從軸端流失，所以應定期對軸承潤滑脂進行補充、更換。一般以每月應補充一次為宜；每半年進行一次全面更換。夏季應適當增大補充頻率及補充量。每次更換潤滑脂量應以能覆蓋軸承2/3為宜。
　　如果軸承潤滑油得不到及時的補充、更換，將會造成軸承磨損加劇，同時也會使軸頸磨損周期縮短。軸承潤滑狀況差，可造成使用周期縮短至3個月。
　　五、啟停頻率
　　由于磨煤機啟動時過橋齒輪軸負載增大，頻繁啟、停磨煤機將會導致軸頸所承受交變應力增大，疲勞損壞程度增加，因此合理控制粉倉粉位、利用輸粉絞龍等設備有效降低磨煤機啟停次數，必將延長磨煤機過橋齒輪軸頸的使用壽命。
　　六、其它
　　在設備運行過程中，過橋齒輪軸承質量、軸承座密封質量等因素也都對軸頸磨損周期產生較大的影響：由于軸承密封質量差，將會造成軸承進灰引起軸承磨損，同時也使軸頸磨損加??；軸承的保持架磨損后將增大軸的傳動力矩，使磨損加?。积X輪中心不對或嚙合存在問題也會使軸系發生振動，同時加劇磨損；磨煤機鋼球存量過大，也會引起啟動力矩增加，加重磨損。
　　由于過橋齒輪軸頸的磨損周期存在著不固定性，因此定期、細致的檢查工作顯得尤為重要。根據以往檢修經驗，每半年（利用小修期間）應對過橋齒輪軸頸進行一次檢查，具體方法如下：
　　拆除過橋齒輪軸承端蓋；拆除軸端防護罩及防護軸套；徹底清理軸承及軸四周油污；用0.02-0.05mm塞尺塞取軸頸與軸承間間隙。一旦有間隙存在，必須立即進行處理。大修期間或軸承運行2年后，則應將軸系全部吊出，拆除軸承后進行軸頸的直徑實測。
　　過橋齒輪軸頸磨損后，處理方法有多種，都存在各自的優缺點。也可對軸進行更換處理，但有些過橋齒輪軸與齒輪在出廠時是一體生產的（例如洛陽礦山機械廠生產的DTM320/580型），整體更換將會帶來巨大的浪費。以下是一些對受損軸頸進行修復的方法。
　　一、軸頸噴涂技術
　　軸頸噴涂工作分為二個部分：熱噴涂及軸頸加工。熱噴涂就是利用某種熱源，如電弧、等離子弧等將粉末狀或絲狀的金屬和非金屬涂層材料加熱到熔融或半熔融狀態，然后借助焰流本身的動力或外加的高速氣流霧化并以一定的速度噴射到經過預處理的基體材料表面，與基體材料結合而形成表面涂層。其噴涂厚度一般在0.15mm以下。
　　經噴涂后的軸頸還需經車床進行精加工，達到所需要的配合尺寸。
　　噴涂技術具有檢修周期短，易于處理、花費少等特點，可處理磨損尺寸小于0.20mm以下的軸頸。但經后期使用證明：其存在使用壽命短的缺點，一般使用周期為1-2年。
　　二、軸頸堆焊技術
　　軸頸堆焊是指在磨損的軸頸處進行堆焊，然后進行車削加工獲得所需尺寸的檢修工藝。在軸軸堆焊時，應將整軸垂直吊起，以防在焊接受熱時受自重影響而發生變形。在施焊時，應由2名焊工同時操作，對面進行，以防止由于熱偏差引起軸變形。焊接后，采用石棉板等保溫材料進行保溫。軸頸堆焊后由于受到現場條件限制，無法進行調質處理，因此焊接產生的熱應力無法消除，嚴重影響整軸的使用壽命。另外合金鋼軸不宜進行堆焊處理，這是因為合金鋼的焊接性能稍差。我公司臺DTM320/580型磨煤機過橋齒輪軸（合金鋼）在進行堆焊處理后，未作保溫、調質處理，僅使用3天后即發生斷裂。
　　三、軸頸鑲套技術
　　軸頸鑲套技術是指在磨損軸頸上鑲上一軸套，再對軸套進行車削加工的工藝。其中軸與軸套的過盈配合尺寸為0.20mm，采用熱套的方法使軸與軸套定位。熱套時軸套加熱溫度控制在100-120°C，Z高不超過150°C。軸套厚度一般以10-15mm為宜，過小則影響軸套強度，過厚則會加大軸頸切削尺寸，使軸的有效直徑減少，降低軸的強度。軸套鑲上后，由于在熱套時會產生一定變形，所以，應在熱套后應再次對軸套外圓尺寸進行加工，以保證同軸度及徑向尺寸符合要求，因此軸套外圓應留有0.5mm左右的加工余量。軸套二次加工后與軸承內圈之間應保持0.03-0.05mm的緊力。此緊力不可過大，否則在軸運轉時將會產生異常熱膨脹，使軸承軌道變形，輕則引起軸承溫度過高，重則使軸承“跑外圓”，引起軸承座損壞。
　　對磨損軸進行鑲套處理后，由于軸頸承載面積降低，必然引起軸機械性能特別是抗扭曲性能的降低，因此必須在平時維護工作中加強設備的維護保養。首先應做到每月過對橋齒輪軸承加油一次，每半年打開軸承端蓋，檢查軸承保持架、軸承磨損情況；用塞尺檢查軸承內圓與軸頸是否存在間隙以確定磨損情況。
　　鑲套工藝盡管在一定程度上影響了軸的機械性能，但由于其不受軸的材質影響，并具有加工周期短的特點，在實際檢修工作中得到了廣泛的應用。經多年實踐證明，鑲套處理后的過橋齒輪軸使用壽命均在3年以上，從未發生過斷軸現象，是目前對磨煤機過橋齒輪軸頸磨損進行處理的Z佳方案。
　　自軸頸鑲套技術在我公司應用后，已經對4根磨損軸進行了成功修復，取得了較好效果。由于過橋齒輪軸與齒輪均一體加工而成，總體造價約20-30萬元，而每次鑲套處理中材料及機械加工費用僅5000元左右，因此鑲套技術將有效降低檢修成本?，F在，軸頸鑲套技術正向我公司其它設備上推廣。