回轉(zhuǎn)窯大小齒輪磨損原因分析及解決方案

叢曉靜

回轉(zhuǎn)窯使用開式齒輪嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，從而帶動(dòng)筒體旋轉(zhuǎn)。減少大小齒輪工作中的磨損與延長(zhǎng)使用壽命是降低回轉(zhuǎn)窯運(yùn)行、維護(hù)成本行之有效的途徑。本文總結(jié)了回轉(zhuǎn)窯大小齒輪磨損的基本形式，著重分析了劃傷磨損的原因，探討了齒面硬度、安裝精度、潤(rùn)滑油品質(zhì)對(duì)齒輪劃傷磨損的影響，并提出了具有針對(duì)性的解決方案。

大小齒輪磨損；劃傷磨損；齒面硬度；安裝精度；潤(rùn)滑油品質(zhì)

1 前言

水泥生產(chǎn)過程可概括為“兩磨一燒”三大環(huán)節(jié)，“一燒”是指生料在回轉(zhuǎn)窯中煅燒成水泥熟料的過程?；剞D(zhuǎn)窯的技術(shù)性能和運(yùn)轉(zhuǎn)狀況決定了水泥的質(zhì)量、產(chǎn)量和成本，因此回轉(zhuǎn)窯是水泥生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備之一[1]?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外絕大多數(shù)水泥生產(chǎn)用回轉(zhuǎn)窯的傳動(dòng)采用開式齒輪傳動(dòng)裝置，即通過電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、聯(lián)軸器帶動(dòng)小齒輪與大齒圈齒面嚙合傳動(dòng)，從而帶動(dòng)回轉(zhuǎn)窯筒體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如何減少齒輪工作中的磨損、延長(zhǎng)齒輪使用壽命是回轉(zhuǎn)窯設(shè)備生產(chǎn)、使用、維護(hù)的重點(diǎn)。

2 大小齒輪磨損的基本形式

磨損的成因和表現(xiàn)形式是非常復(fù)雜的，因此分類方法也很多。從磨損表面的破壞形式可將磨損分為劃傷、點(diǎn)蝕/剝落、膠合、腐蝕[2]。

2.1 齒面點(diǎn)蝕/剝落

在金屬表面部分地區(qū)出現(xiàn)縱深發(fā)展的腐蝕小孔，其余地區(qū)不腐蝕或輕微腐蝕，這種腐蝕形態(tài)叫點(diǎn)蝕（pitting），又叫孔蝕或小孔腐蝕。某齒面點(diǎn)蝕/剝落情況如圖1所示。

圖1 某齒面點(diǎn)蝕/剝落圖

2.2 齒面膠合

膠合是指齒輪承受的實(shí)際載荷超過潤(rùn)滑油所允許的載荷，或者潤(rùn)滑油使用不當(dāng)導(dǎo)致的油膜破裂所引起的齒輪的一種失效形式。油膜破裂使金屬直接接觸，在滑動(dòng)摩擦的作用下接觸區(qū)產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，引起兩金屬的粘著或熔接。圖2為某齒面膠合圖。

圖2 某齒面膠合的圖片

2.3 齒面劃傷磨損

齒面劃傷磨損多是由安裝精度、潤(rùn)滑不良引起的，下文將重點(diǎn)分析劃傷磨損現(xiàn)象。

案例一，如圖3、4所示，某現(xiàn)場(chǎng)的大齒圈、小齒輪發(fā)生了齒面劃傷的現(xiàn)象。從大齒圈的齒面狀態(tài)明顯可見，大齒圈齒面嚙合接觸不均勻，在窯尾高端大齒圈齒面有未接觸的地方，而在窯頭低端靠近減速機(jī)一側(cè)甚至出現(xiàn)了大齒圈拉絲的現(xiàn)象，并且從大齒圈整個(gè)齒面看，接觸的面積為一斜線，是一個(gè)漸變的過程。同樣，小齒輪齒面磨合得比較光亮的位置與大齒圈齒面相對(duì)應(yīng)。

圖3 案例一：大齒圈齒面劃傷的照片

圖4 案例一：小齒輪齒面劃傷的照片

案例二，如圖5～圖8所示，某現(xiàn)場(chǎng)的大齒圈、小齒輪發(fā)生了齒面長(zhǎng)度方向的均勻拉傷的現(xiàn)象。由打磨處理后的照片可以看出明顯的嚙合拉傷拉絲現(xiàn)象，齒面有不同程度的因嚙合磨損接觸造成的雜質(zhì)破壞的小坑。

3 影響齒輪劃傷磨損的原因及解決措施

齒輪磨損的影響因素眾多，包括載荷、速度、溫度、環(huán)境介質(zhì)、表面粗糙度、材料性能、齒面硬度、安裝精度、潤(rùn)滑劑等，而且各因素之間互相作用，很難建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，下面本文將結(jié)合以上兩個(gè)案例重點(diǎn)分析齒面硬度、安裝精度、潤(rùn)滑油品質(zhì)對(duì)齒輪劃傷磨損的影響。

圖5 案例二：打磨前大齒圈

圖6 案例二：打磨后大齒圈

圖7 案例二：打磨前小齒輪

圖8 案例二：打磨后小齒輪

3.1 齒面硬度

齒面硬度值的大小及齒面硬度的均勻性會(huì)影響齒輪的使用，對(duì)于所有水泥現(xiàn)場(chǎng)分析問題的流程來講，首先應(yīng)該判斷齒面硬度是否合格。以案例一為例，小齒輪的齒面磨損并未覆蓋齒面寬度方向的全長(zhǎng)，其中，大概2/5的齒面光潔，3/5的齒面出現(xiàn)劃傷磨損，齒面狀態(tài)有一個(gè)比較清楚的分界。用布氏硬度計(jì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量小齒輪齒面硬度、齒頂硬度，結(jié)果見表1。

如何保證齒面硬度值的大小及齒面硬度的均勻性，可從以下幾點(diǎn)做工作：

（1）材料的選擇應(yīng)不低于建材行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。

（2）鑄件大齒圈、鍛件小齒輪均應(yīng)根據(jù)熱處理工藝曲線進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚怼Ｈ绱簖X圈進(jìn)行嚴(yán)格的正火、回火處理，條件允許的情況下可以考慮對(duì)其粗開齒后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，小齒輪也進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。進(jìn)行熱處理的目的，一是盡可能提高齒面硬度，二是提高齒面硬度的均勻性。

表1 小齒輪硬度測(cè)量記錄

3.2 安裝精度

案例一，綜合小齒輪齒面狀態(tài)和大齒圈的齒面狀態(tài)，嚙合面的情況均為靠近減速機(jī)的一側(cè)向齒根部分遠(yuǎn)離分度圓，排除齒面硬度的影響因素，可以最終判斷是由于安裝平行度的問題所致，因安裝存在偏心問題，大小齒輪在靠近減速機(jī)的一側(cè)出現(xiàn)了齒面的啃咬拉傷、啃蝕的現(xiàn)象。

提高大小齒輪的安裝精度，需嚴(yán)格按照安裝規(guī)程操作，具體如下：

（1）齒圈清洗、檢查、地面預(yù)組裝

先將齒圈平放在枕木上，對(duì)各部位進(jìn)行清洗，工作面不得有油污、毛刺等雜物，特別是兩齒圈接口處。將兩個(gè)半齒圈用螺栓連成一體，進(jìn)行預(yù)組裝。檢查齒圈接口是否貼合緊密，同時(shí)檢查齒圈的各個(gè)尺寸，做好相關(guān)尺寸的復(fù)核工作。進(jìn)行彈簧板與齒圈安裝，注意運(yùn)動(dòng)方向與組對(duì)標(biāo)記編號(hào)。

（2）齒圈安裝找正

窯體全部吊裝完畢后，用起重機(jī)先將半片齒圈吊到基礎(chǔ)上，處于窯體下方，再吊另外半片齒圈，扣在筒體上端，進(jìn)行整體齒圈拼裝。吊裝時(shí)應(yīng)防止碰撞，墊木要牢靠。用百分表測(cè)量齒圈的跳動(dòng)值，徑向圓跳動(dòng)（圓周方向分成8個(gè)等份）要求Z＜1.5mm；軸向圓跳動(dòng)（圓周方向分成8個(gè)等份）要求X＜1.0mm。大齒圈調(diào)整至符合要求并經(jīng)檢驗(yàn)合格后，可正式固定至窯筒體上，正式固定后，再次復(fù)測(cè)齒圈的徑向和軸向擺動(dòng)量。

（3）小齒輪安裝

小齒輪就位后，調(diào)整齒圈與小齒輪軸的PCD線吻合，注意按設(shè)計(jì)要求預(yù)留小齒圈的軸承端面間隙和窯體熱態(tài)時(shí)產(chǎn)生的熱脹量、冷態(tài)下大小齒輪中心線錯(cuò)開量，灌漿養(yǎng)護(hù)期到后，對(duì)小齒輪軸進(jìn)行精確找正，大小齒輪嚙合應(yīng)調(diào)整至滿足下列要求：

a沿齒寬方向接觸為有效齒寬的50%以上。b沿齒高方向接觸為有效齒高的40%以上。c調(diào)整大小齒輪嚙合的齒頂間隙，一般為0.25m+（3～4mm）。

3.3 潤(rùn)滑油品質(zhì)

案例二，從圖5～圖8推斷，大齒圈與小齒輪齒面屬于擦傷磨損而非點(diǎn)蝕。分析其擦傷的原因，有可能是潤(rùn)滑油里面存在雜質(zhì)造成齒面的硬壓傷，或是因潤(rùn)滑不良引起齒面擦傷。

由于該項(xiàng)目的問題發(fā)現(xiàn)較為及時(shí)，大小齒輪的漸開線齒廓齒形尚在標(biāo)準(zhǔn)齒形范圍內(nèi)，即磨損程度尚在使用范圍內(nèi)，只對(duì)齒面采取了打磨修復(fù)的方式。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查了解，打開齒輪罩上觀察孔，當(dāng)小齒輪嚙合面轉(zhuǎn)到外側(cè)時(shí)，從齒輪罩處可明顯觀察到小齒輪嚙合齒面上光亮的部分，說明油膜形成不理想。后查閱潤(rùn)滑油參數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)使用的加拿大楓葉潤(rùn)滑油VULTREX合成2200，推薦使用溫度在-30～50℃，現(xiàn)場(chǎng)用手持測(cè)溫槍測(cè)量小齒輪齒面溫度在62℃左右，說明加拿大潤(rùn)滑油VULTREX合成2200不適合回轉(zhuǎn)窯工況的開式齒輪潤(rùn)滑。清理油箱時(shí)，發(fā)現(xiàn)油箱底部潤(rùn)滑油內(nèi)含有細(xì)小的鐵渣，由此證實(shí)了前期的判斷。

一般情況下，大小齒輪的潤(rùn)滑需嚴(yán)格按照三步進(jìn)行，即需要有三種潤(rùn)滑劑：涂底潤(rùn)滑油，磨合潤(rùn)滑油、操作潤(rùn)滑油。

（1）涂底潤(rùn)滑油

裝配時(shí)，應(yīng)避免齒輪干燥運(yùn)轉(zhuǎn)造成損傷；防止銹蝕；按齒面上潤(rùn)滑劑不同的濃度分布情況，確定齒面的動(dòng)力接觸比例，估計(jì)出負(fù)載分布，也可以達(dá)到校正傳動(dòng)部件的效果。

涂底潤(rùn)滑油應(yīng)在安裝階段輔助傳動(dòng)轉(zhuǎn)窯時(shí)開始使用，最遲在回轉(zhuǎn)窯點(diǎn)火前使用。操作時(shí)，用刷子或抹刀涂抹在大小齒圈上。涂抹完成后，采用輔助傳動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)窯兩圈即可。

（2）磨合潤(rùn)滑油

通過強(qiáng)制磨合、迅速摩擦來降低表面粗糙度，增加齒面的負(fù)載面積；增加接觸比例，均勻載荷分布；降低由于磨合過程中齒面負(fù)載的不均勻增加所造成的齒面損傷；可最大限度地降低未來操作潤(rùn)滑中可能出現(xiàn)的磨損。

磨合潤(rùn)滑油應(yīng)在回轉(zhuǎn)窯點(diǎn)火時(shí)開始采用，通過齒圈噴油系統(tǒng)噴灑到齒圈的接觸面，或通過帶油輪裝置帶到齒圈的接觸面。該潤(rùn)滑油一般使用時(shí)間為35～45d，確認(rèn)齒圈表面無點(diǎn)蝕現(xiàn)象后更換為操作潤(rùn)滑油。

（3）操作潤(rùn)滑油

操作潤(rùn)滑油為正常生產(chǎn)時(shí)使用的潤(rùn)滑油。需按照推薦的潤(rùn)滑油牌號(hào)選擇適合回轉(zhuǎn)窯的潤(rùn)滑油品，同時(shí)，在回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，要按照所用潤(rùn)滑油廠家的要求，定期檢查潤(rùn)滑油的品質(zhì)，當(dāng)出現(xiàn)指標(biāo)劣化超標(biāo)時(shí)，立即更換新油。

4 結(jié)語(yǔ)

回轉(zhuǎn)窯大小齒輪的齒面硬度、安裝精度、所選擇的開式齒輪潤(rùn)滑油品質(zhì)，均對(duì)大小齒輪的使用情況、運(yùn)轉(zhuǎn)、維護(hù)成本產(chǎn)生非常大的影響。在工程項(xiàng)目中，需不斷積累經(jīng)驗(yàn)，從源頭上趨利避害，降低大小齒輪的磨損，有效延長(zhǎng)其使用壽命，提高回轉(zhuǎn)窯的整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率。

[1]朱昆泉，許林發(fā).建材機(jī)械工程手冊(cè)[M]．武漢：武漢工業(yè)大學(xué)出版社，2000．

[2]侯學(xué)濱.齒輪傳動(dòng)中磨損問題的研究及修復(fù)方法[J].機(jī)械管理開發(fā)，2012，（4）．■

Problem Analysis and Solution for Kiln Girth Gear/Pinion Wear

CONG Xiaojing
(Sinoma technology and equipment group Co.,Ltd.,Tianjin,300400)

The rotary kiln uses open girth gear transmitting motion and power,so to drive the kiln shell rotation.Reducing the work wear and prolong the service life of the girth gear and pinion is an important way to reduce operation and maintenance costs of the rotary kiln effectively.This article focuses on summarizing the basic wear form of kiln girth gear and pinion,concentrating on analyzing the reason of the scratched wear and discussing the influence of the hardness of gear surface,installation accuracy and lubricants quality on girth gear/pinion scratched wearing.And then the targeted solutions were put forward.

girth gear/pinion wear;scratched wear;hardness of gear surface;installation accuracy;lubricants quality

TQ172.622.29

A

1001-6171（2017）01-0060-05

中材裝備集團(tuán)有限公司，天津300400；

2016-05-24；編輯：呂光