MPF1915中速磨壽命研究

段瑞雨

（承德承鋼工程技術有限公司，河北 承德 067000）

1 概述

MPF1915型中速磨,主要用于高爐噴煤煤粉的制備，工作介質為經過破碎的優(yōu)質無煙煤，工作主電機功率為450kW，出粉能力38T/h。工作時磨輥固定在三腳架上，磨盤旋轉，通過磨輥和磨盤的碾壓實現破碎效果，并通過三個工作壓力11.5MPa，杠桿直徑為100mm油缸加載，加強碾壓效果。

MPF1915中速磨傳動減速機湖北巨鯨傳動機械有限公司生產的行星傘齒輪減速機，型號為LXP190-34.13，該減速機采用錐齒輪傘齒與行星齒輪傳動，速比為34.13，轉速為990r/min，重量為12000kg。減速機全部采用滾動軸承，使用集中式強制潤滑。傘齒輪(軸)材料為20CrMnTi，為表層滲碳磨削加工硬齒面齒輪。

2 減速機的失效原因分析

2.1 輸入軸錐齒輪打齒

減速機的失效主要表現之一為輸入軸錐齒傘齒輪呈現的不規(guī)則打齒。觀察斷裂的齒面，齒輪凸側齒面磨損相對凹側較為嚴重，齒頂周圍的點蝕磨損痕跡清晰可見，而正常嚙合部位的磨損痕跡較淡，說明齒頂部存在非正常平穩(wěn)的受力，屬于齒頂所受壓應力過大所致，斷口呈鱗片狀，屬于齒面非正常接觸造成的齒表面滲碳層剝落發(fā)展而產生的疲勞斷裂。輸入端軸由推力滾動軸承固定，發(fā)生齒面非正常嚙合的現象，首先必然是軸承先發(fā)生了軸向竄動。

沖擊與振動首先破壞的是軸承，將使得軸承的游隙增大，減速機輸入軸的滾動軸承承受交變沖擊載荷后，軸向間隙增大，改變了螺旋傘齒輪副的工作條件，形成齒頂非正常嚙合，在起停車及大塊物料的沖擊載荷下，加劇了齒頂的磨損和疲勞裂紋的產生。齒頂硬且脆的碳化物表層剝落后，進一步加劇了受力情況的惡化，導致傘齒輪的表面滲碳層產生疲勞裂紋，最終發(fā)展為深層裂紋并斷裂。

2.2 減速機推力瓦燒損

自2013年2月份，承鋼噴煤4#中速磨機在4個月的時間里，先后更換了5臺減速機，原因均為推力瓦燒損，通過對減速機解體的檢查發(fā)現存在如下情況：減速機共有推力瓦11塊，其中每一塊外半部分磨損比較嚴重，內半部分沒有磨損痕跡；瓦面兩側沒有倒角，且瓦面磨損處呈現灰白色（材質為巴氏合金）；減速機高速軸傘齒輪存在打齒現象；磨盤有輕度的磨損；高速軸、推力瓦沒有測溫點，沒有報警停機設置；太陽輪、行星輪等潤滑方式為點滴。

2.3 其它影響因素導致的齒輪磨損

齒輪的磨損受潤滑油液的污染影響最為嚴重，潤滑油液經過一段時間的使用后，齒輪及軸承磨損的微小顆粒懸浮于潤滑油液中，能夠加劇磨損的進行。

齒輪的熱處理工藝也是影響齒輪磨損速度的因素之一，螺旋傘齒輪選用材料為20CrMnTi，重載情況下的齒輪熱處理工藝為毛坯鍛造后正火處理（AC3線以上，緩冷），經機加工后滲碳，傘齒部分再經高頻淬火處理后磨削加工。滲層組織為針狀馬氏體、塊和粒狀碳化物及殘余奧氏體，該組織具有較高的硬度和脆性。表層滲碳層厚度小及弱化會加速磨損。受高速軸尺寸和齒輪尺寸結構的制約，齒輪的滲碳層不能超過齒輪整體尺寸的40%，以保持足夠的韌性。

3 磨輥的失效原因分析

3.1 熱風與煤粉的沖刷磨損

磨輥的顆粒沖刷損壞來自于風套環(huán)出口的熱風，由于磨盤旋轉的離心力的作用下，較大塊、質量密度大的顆粒首先被甩到邊緣，煤粉與顆粒在氣流的帶動下獲得動能，吹向磨輥被沖刷的部位，氣流與顆粒隨著壓力的波動在磨輥表面形成“犁劃”，速度比正常磨損要快的多。磨損后磨輥的情況如圖1。

3.2 輥皮開裂

輥皮的開裂都是由沖擊和振動誘發(fā)的，但產生的原因比較復雜。

圖1 被沖刷磨損的磨輥表面

圖2 磨輥輥皮在未有預兆時斷裂圖

（1）由裝配間隙不合理產生，受沖擊誘發(fā)的突發(fā)性裂紋。磨輥在輥皮多次返修更換輥皮后，內部的配合表面被磨損，需要不斷地修配、安裝，由于輥皮的硬度非常高，尺寸較大，只能采用磨削的加工方式進行修配，而且需要大型的磨床才能夠完成。裝配間隙選擇過大，會發(fā)生軸轉皮不轉的研軸現象，裝配的間隙過小，在溫度變化和沖擊載荷的作用下容易產生突然斷裂。突然斷裂的裂紋細小清晰，呈直線型。突然斷裂的裂紋如圖2。（2）對于磨輥的某一個工作表面，承受著煤料和其它硬磨料的擠壓和滑移，使得磨輥表面不斷地產生彈塑變形，形成疲勞裂紋源，微小的疲勞裂紋在沖擊和振動的作用下，最終發(fā)展成為斷裂裂紋。疲勞裂紋存在發(fā)展斷裂的痕跡，裂痕內部有大量夾雜物。（3）首先沖擊和振動是一切磨輥開裂的誘因，沖擊和振動產生的原因復雜，按照中速磨實際的使用過程中的經驗，在中速磨加載起車時會產生強烈的振動，產生的振動也最為劇烈。其次為不可磨碎的塊狀硬料，因金屬異物因其質地堅硬，所以當磨輥對其研磨時，對襯板的沖擊和損壞是比較嚴重的。同時，磨輥也會產生大的跳動，引起猛烈振動，煤粉的下料速度、料層的厚度、煤料的硬度、煤料的粒度、系統(tǒng)風量、加載力也是引起振動的原因。

4 技術改進方案

根據使用的情況及減速機解體后的內部情況，由大連重工減速機廠對減速機進行了重新設計，對減速機做出如下改進。（1）設計減速機推力瓦為12塊，推力瓦面積小潤滑好，瓦面有倒角利于油液進入（旋轉方向，進油方向），瓦中間一圈設置排油管，測溫裝置裝在推力瓦上，報警、停機點直接測瓦（4點），其它測溫點保持快速軸回油管油溫在70℃以下即可，加強推力瓦強度，目前使用的為巴氏合金（灰白色瓦面），改用綜合性能較強的FZB3G彈性金屬塑料（淡黃色）。（2）進回油口角度存在偏差，做成成對法蘭根據安裝位置調整焊接角度。（3）單獨向太陽輪、行星輪等采用直接噴油的潤滑方式。（4）傘齒與軸作為一體（含鎳）,加大傘齒輪滲碳層的深度。

在加載拉桿處增加墊片，調整磨輥與磨盤瓦在無料加載情況下保持3～5mm的間隙。避免載荷的不規(guī)律變化，防止沖擊的產生，并在少料及無料的情況下保護磨輥，同時又保證了工作時的加載力。

采用均勻可靠的下料速度，在下煤口處增加給料機及振動篩，增加除鐵器的功率，消除原料內部無金屬硬塊，并保持原煤粒度適當、下料速度均勻。提高風套環(huán)的高度至與磨盤齊平，可避免大量的粉料受離心力的作用進入風套環(huán)，對磨輥形成沖刷。并且經過實際驗證，在提高風套環(huán)后對中速磨內的氣流未受影響。磨輥裝配過程中應保持軸承基本尺寸不變，通過修配磨輥輥皮進行修配。輥皮的修配為保證修配精度，應采用大型磨床，并使用專用夾具定位。修配的配合精度為ф1000H6/h6，通常在多次更換輥皮后軸承座會有所磨損，因此要根據軸承座的基本尺寸的變化調整輥皮的基本尺寸。

5 實際應用效果

在未進行技術改進之前，由于磨輥的損壞和減速機的損壞，承鋼MPF1915型中速磨機的大修周期約為6～8個月，其中老系統(tǒng)4#磨機在6個月的時間內連續(xù)更換了5臺減速機，新系統(tǒng)B磨減速機在1年內更換了2臺。減速機失效的原因都是因為輸入軸傘齒輪打齒或推力瓦燒損。進行技術改進后，磨輥和減速機的壽命得到明顯提高，承鋼MPF1915型中速磨機的大修周期約為12～18個月，大修周期延長了近3倍，且經改進后的減速機在2013年6月份上線以來運轉良好，未再發(fā)生傘齒輪打齒及推力瓦燒損的現象。

6 結語

（1）沖擊和振動對MPF1915型中速磨減速機和磨輥的壽命起關鍵作用，控制沖擊和振動的來源能夠有效的提高中速磨的使用壽命。（2）減速機推力瓦燒損的主要因素是受力不均和潤滑不良。（3）磨輥的合理裝配間隙為φ1000H6/h6，軸承座磨損后應根據基本尺寸的變化相應調整，NI-hardIV要特別注意溫度變化的影響。（4）在電機與減速機之間使用柔性聯軸器或液力偶合器或油壓式摩擦離合器在承鋼技術方案的制定過程中曾予提出，本意為降低起車過程中的沖擊，但并未實際實行，其措施的有效性和可行性有待進一步驗證。

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