撰文/楊開忠

球磨機(jī)大小齒輪的振動分析與處理

撰文/楊開忠

本文所講的球磨機(jī)，是一種以齒輪驅(qū)動為傳動的機(jī)械設(shè)備，它是物料碎后再進(jìn)行粉碎的重要設(shè)備，通常應(yīng)用在水泥、建材、化肥、陶瓷等諸多生產(chǎn)領(lǐng)域。那么，球磨機(jī)的運(yùn)行原理是怎樣的呢？如何才能保證齒輪的正常運(yùn)行呢？本文針對球磨機(jī)齒輪的振動進(jìn)行了分析和處理，以供借鑒參考。球磨機(jī)；大小齒輪；振動處理

■653405 玉溪礦業(yè)有限公司大紅山銅礦 云南 玉溪

在當(dāng)前我國乃至世界的工業(yè)領(lǐng)域中，球磨機(jī)這樣的粉球磨機(jī)械是十分常用且常見的。它能根據(jù)具體施工的需求和工藝的具體要求對各種硬度的材料進(jìn)行粉磨處理。由于在單位的施工中，球磨機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率通常來說是比較高的，這樣一來，就很容易發(fā)生球磨機(jī)小齒輪軸承座處振動方面的故障。無可厚非，引發(fā)振動的是多方面因素的結(jié)果，當(dāng)然它所造成的危害也是客觀存在的，因此，我們要在實(shí)際工作中對癥下藥，認(rèn)真分析引起振動的原因，并及時(shí)準(zhǔn)確地選取修復(fù)方法，排除故障。

1　球磨機(jī)振動原因分析

根據(jù)球磨機(jī)的結(jié)構(gòu)，能夠引起振動噪聲大的原因有 2 個(gè)：一是軸承座滾動軸承故障；二是小齒輪損傷故障，如果是軸承失效的話，那么在振動頻譜圖上應(yīng)該出現(xiàn)軸承的故障特征頻率。然而，我們在振動頻譜以及沖擊脈沖譜上都始終沒有發(fā)現(xiàn)軸承的故障頻率，同時(shí)，我們通過另一種方式，即測量軸承溫度的方式也未能發(fā)現(xiàn)軸承的溫度過高的現(xiàn)象。因此判定造成球磨機(jī)動大的原因有可能來自小齒輪。齒輪常見的故障形式有齒面磨損、齒面接觸疲勞和齒輪斷齒。

2　球磨機(jī)齒輪嚙合原理

接下來，筆者對嚙合齒輪的運(yùn)行原理進(jìn)行介紹：首先，它是依靠主動輪的齒廓來推動從動輪的齒廓，以此來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的傳遞功能。針對漸開線齒輪定傳動，當(dāng)主動輪開始出現(xiàn)回轉(zhuǎn)的時(shí)候， 從動輪就需要按照給定的傳動比作等速轉(zhuǎn)動，此時(shí)，如若從動輪的轉(zhuǎn)速并非恒定， 便會產(chǎn)生一定的慣性力， 這種慣性力從某種意義上講是一種附加動載荷，它既可能影響齒輪的使用壽命， 又可能會引起較大的沖擊與振動。因此，我們要想真正實(shí)現(xiàn)齒輪的定比傳動， 就應(yīng)當(dāng)嘗試通過積極地滿足齒廓嚙合的基本定律的方式來實(shí)現(xiàn)球磨機(jī)的齒輪嚙合。

2.1引起球磨機(jī)大小齒輪振動的原因

主要有如下幾種：

(1)在制造方面。在制造方面，球磨機(jī)的傳動齒輪齒廓往往呈現(xiàn)出漸開線的齒形，基本都采用了標(biāo)準(zhǔn)的方式進(jìn)行安裝，但是不可否認(rèn)的是它有一個(gè)重大的缺陷，那就是容易出現(xiàn)偏心等諸多問題，還可能會產(chǎn)生齒距誤差以及齒形誤差等看起來不起眼卻影響較大的問題。

(2)在安裝方面。在進(jìn)行安裝的過程中，影響球磨機(jī)齒輪工作效率與性能的因素很多，比如嚙合齒輪的重合度、頂隙和側(cè)隙的大小、模數(shù)等等。但是在實(shí)際安裝中，齒頂與齒側(cè)之間的間隙在全齒寬上并不是相同的，其重合度相對而言會變小，同時(shí)小齒輪和主軸兩者的軸線之間是存在同軸度誤差的，且常常會超出事前既定的誤差范圍，以上因素對于輪齒的嚙合都會產(chǎn)生不利影響，從而導(dǎo)致球磨機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候產(chǎn)生較大的振動與沖擊。

(3)運(yùn)行環(huán)境。球磨機(jī)的運(yùn)行環(huán)境也是主要影響原因之一，由于球磨機(jī)往往使用的開式齒輪通常都會在惡劣工作環(huán)境工作，且齒輪之間往往封閉的不嚴(yán)，加上齒面尚易落上沙塵等因素，造成齒面的磨損不斷加速。

2.2球磨機(jī)振動案例分析

QMY2145溢流型球磨機(jī)是大紅山銅礦于1997年投用的設(shè)備，主要用于將銅鐵礦石加工成較細(xì)的礦漿。其中有一臺球磨機(jī)就存在這樣的故障，自從安裝并投入使用后，它的大小齒輪就存在某種毫無規(guī)則的輕微性振動。經(jīng)過十年左右時(shí)間的長期運(yùn)行，到2008年5月該球磨機(jī)的小齒輪開始損壞，到2008年9月時(shí)，通過對小齒輪的更換，球磨機(jī)得以繼續(xù)投入使用，然而輕微振動的現(xiàn)象仍然是無法消除的。直到到2012年2月份，該球磨機(jī)的振動突然性的變大，緊接著小齒輪軸和軸承也相繼出現(xiàn)故障，后經(jīng)過一定修復(fù)后可投入使用，2012 年7月份小齒輪再次遭遇故障。

筆者認(rèn)為球磨機(jī)大小齒輪的運(yùn)行主要存在如下問題：

(1)大齒輪的接頭處存在跳動量大的問題，且大齒輪的齒面載荷存在分布不均勻的問題。經(jīng)過分析，結(jié)合涂抹紅丹粉到大齒輪齒面的原理，發(fā)現(xiàn)其中有1/4的齒面接觸斑點(diǎn)較少，并且這些不合理現(xiàn)象全部集中地其中的一半大齒輪上。由此可分析得出，大齒在這里運(yùn)行的時(shí)候，大小齒輪之間的嚙合不是很好，且此時(shí)的小齒輪接觸較少的部位所承受的載荷較大，不能進(jìn)行長時(shí)間的運(yùn)行。通過進(jìn)一步的檢查，發(fā)現(xiàn)大齒輪出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是大齒輪毛坯件的內(nèi)部應(yīng)力未能完全釋放，而如果在球磨機(jī)上進(jìn)行使用，則會發(fā)生大齒輪的內(nèi)部應(yīng)力持續(xù)釋放的現(xiàn)象，而與此同時(shí)沒有得到充分釋放的內(nèi)部應(yīng)力的那一半大齒輪則會出現(xiàn)變形，從而促使齒輪接頭處的跳動陡然增大。一般來講，當(dāng)這部分大齒輪與小齒輪嚙合的時(shí)候，就會造成齒面壓應(yīng)力集中或載荷分布不均勻，倘若長期運(yùn)行，則小齒輪出現(xiàn)疲勞損壞的問題。

(2)大齒輪基準(zhǔn)軸線與小齒輪基準(zhǔn)軸線之間一般并不是平行的。因此，在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，往往采用壓鉛法對球磨機(jī)大小齒輪的嚙合進(jìn)行檢測，但是實(shí)際上球磨機(jī)的大小齒輪基準(zhǔn)軸線并不平行，這在實(shí)際中很快就會發(fā)現(xiàn)。因?yàn)樾↓X輪不能進(jìn)行有效固定，當(dāng)球磨機(jī)投入使用后，小齒輪就會受到重負(fù)荷大齒輪的巨大擠壓，由此軸承座就會產(chǎn)生較大的位移，造成大小

齒輪基準(zhǔn)軸線出現(xiàn)一些偏移。

3.球磨機(jī)大小齒輪振動的預(yù)防與處理

3.1開式齒輪傳動的安裝、轉(zhuǎn)向要求

從物理角度分析，球磨機(jī)的小齒輪最佳的角度應(yīng)當(dāng)在20°左右，此時(shí)大齒輪對小齒輪的壓力方向剛好是垂直向上的，轉(zhuǎn)動軸收到的壓力也是垂直向下的，這樣就能夠減少球磨機(jī)傳動端主軸承（軸瓦）的受力，不僅能夠減少磨損，而且有利于對小齒輪軸承的聯(lián)接螺栓和地腳螺栓的工作，增加運(yùn)行平穩(wěn)性。與此同時(shí)，在這個(gè)角度范圍，能夠減小球磨機(jī)橫向占地的面積，從而為球磨機(jī)主軸承和傳動軸承的基礎(chǔ)能夠固定在同一平面上，這樣方便對小齒輪進(jìn)行更換。倘若球磨機(jī)轉(zhuǎn)向與圖示方向相反，會造成地腳聯(lián)接螺栓松脫和折斷。

3.2球磨機(jī)大小齒輪嚙合的調(diào)整

(1)調(diào)整與處理球磨機(jī)的大小齒輪接觸面斑點(diǎn)。為了有效消除球磨機(jī)四分之一的大齒輪齒面接觸較差的難題，我們可以采用手工磨削的辦法來加工接觸斑點(diǎn)少的大齒輪齒面，通過這樣的加工處理，能夠把有明顯凸起和飛邊的部位進(jìn)行削平修復(fù)。通過多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)球磨機(jī)的大小齒輪嚙合得到極大改善。

(2)重新調(diào)整軸線之間的平行度。我們從球磨機(jī)齒頂間隙數(shù)據(jù)的計(jì)算可以得知，要想調(diào)整兩軸線之間的平行度，我們可以采取如下兩種方法進(jìn)行調(diào)整：

一方面可以通過調(diào)整大齒輪基準(zhǔn)軸線來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榍蚰C(jī)的軸線與大齒輪軸線是重合的，需要重點(diǎn)對球磨機(jī)的前軸瓦座進(jìn)行調(diào)整，然而這一移動是幅度較大的，位移高達(dá)23.06 mm，不難發(fā)現(xiàn)這樣的調(diào)整十分費(fèi)時(shí)，且后續(xù)的刮瓦處理也必不可少，可知這一方法可取性不強(qiáng)；另一方面可以通過小齒輪基準(zhǔn)軸線的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)，這里主要包括對小齒輪軸承座進(jìn)行調(diào)整，利用壓鉛法對球磨機(jī)大小齒輪齒頂?shù)拈g隙進(jìn)行測量，從而對兩軸線平行度是否合適進(jìn)行確定，但此時(shí)我們需要調(diào)整的部位就想對較多，不僅僅是需要調(diào)整小齒輪軸的承座，而且要對球磨機(jī)的主電機(jī)和慢速盤車裝置等進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，這樣才能確保與小齒輪軸同心，本文中筆者就采用了該調(diào)整方法。以案例分析調(diào)整其結(jié)果如下：

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調(diào)整小齒輪基準(zhǔn)軸線與大齒輪基準(zhǔn)軸線的平行度達(dá)到要求后，為防止球磨機(jī)帶負(fù)荷工作后，小齒輪軸承座地腳螺栓往往無法承受大齒輪在運(yùn)行過程中對小齒輪造成的徑向推力，以致齒輪軸線的平行度發(fā)生扭曲，產(chǎn)生誤差，因此可以考慮通過對小齒輪軸承座的四周進(jìn)行鋼板焊接，從而達(dá)到有效固定軸承的目的。

3.3齒輪的加固密封

對齒輪的加固密封，可以考慮利用廢舊橡膠帶，在觀察孔蓋、上下齒輪罩與罩體之間加一層保護(hù)膜，從而減輕振動，為提高密封效果，阻止塵沙侵蝕提供有效保障。

3.4不合理的齒輪軸裝配引起的振動

因?yàn)榇笮↓X輪頂間和齒側(cè)兩者之間的間隙不夠合理，導(dǎo)致小齒輪發(fā)生振動的情況，因此我們要先對其合理性和轉(zhuǎn)動時(shí)頂間和齒側(cè)間隙的大小進(jìn)行檢測，這一做法的最大優(yōu)勢在于彌補(bǔ)了齒輪在制造和裝配過程中的誤差，以免齒輪被卡住無法運(yùn)行。

4　技術(shù)改造措施

4.1在購買設(shè)備時(shí)，要嚴(yán)格按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收，堅(jiān)決杜絕不合格產(chǎn)品的流入。

4.2嚴(yán)格遵守球磨機(jī)的安裝標(biāo)準(zhǔn)和檢修標(biāo)準(zhǔn)，保證球磨機(jī)各部件之間滿足安裝要求，特別是電機(jī)主軸和小齒輪的軸線之間的同軸度，小齒輪軸線和大齒輪軸線之間的平行度以及齒側(cè)間隙和齒頂間隙，都要精確安裝調(diào)試。

4.3改進(jìn)潤滑裝置，把齒輪潤滑方式改為自動噴油潤滑，確保潤滑油的充分供給，避免形成干摩擦和輪齒磨損過快。

4.4改造齒輪護(hù)罩，把齒輪護(hù)罩從半開式改為封閉式，盡可能地減少齒輪副嚙合面的漂浮物和小顆粒數(shù)量，同時(shí)改進(jìn)球磨機(jī)襯板螺栓的密封結(jié)構(gòu)，杜絕球磨機(jī)漏漿和磨損現(xiàn)象的發(fā)生。

5　結(jié)束語

綜上所述，大紅山銅礦的球磨機(jī)經(jīng)過多次反復(fù)的調(diào)整，其運(yùn)行效能相對來說更加穩(wěn)定，各項(xiàng)安裝參數(shù)已經(jīng)達(dá)到了相關(guān)規(guī)范的要求。球磨機(jī)齒輪的振動問題能夠得到有效解決，齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)相對過去來講，在摩擦減少的情況下，逐漸變的越來越平穩(wěn)，從而保證齒輪和小齒輪以及配套軸承的使用壽命得到明顯的提高， 有效地提高了球磨機(jī)的作業(yè)效率，總的生產(chǎn)量也得到大幅度的增加，同時(shí)降低了生產(chǎn)成本、人力資源等費(fèi)用。

參考：

[1]陳澤民，忻良昌.公差配合與測量技術(shù)[M].北京： 機(jī)械工業(yè)部出版社， 1986

[2]丁康，李巍華.齒輪及齒輪箱故障診斷實(shí)用技術(shù) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[3]羅啟亮，羊仕福.磨礦裝置球磨機(jī)大小齒輪嚙合故障分析及處理[J]. 磷肥與復(fù)肥，2013，05:62-63.

[4]崔小超.球磨機(jī)傳動系統(tǒng)狀態(tài)檢測與振動分析[D].遼寧科技大學(xué)，2012.