礦渣立磨磨輥軸承故障分析及維修探討

石建國

（徐州工程學(xué)院，江蘇徐州 221000）

0 引言

磨輥裝置是礦渣立磨不可缺少的重要部件，它的運行質(zhì)量直接關(guān)系到立磨設(shè)備維修管控成本。一旦磨輥軸承發(fā)生故障，立磨系統(tǒng)整體將處于停滯狀態(tài)，不僅維修時間長、耗費資源大，而且產(chǎn)生的修理費用高。

礦渣立磨磨輥軸承運行于高溫、重壓、沖擊、重載的復(fù)雜工況環(huán)境下，磨輥外部還有高粉塵等更加惡劣的狀況，在這種工況條件下正常使用好磨輥軸承，科學(xué)有效保障甚至延長其使用壽命是企業(yè)不斷追求的目標(biāo)。因此，針對其運行過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行深入分析總結(jié)，采取適宜的預(yù)防措施，顯得尤為重要。

1 46.4型礦渣立磨磨輥及其軸承故障現(xiàn)象

1.1 礦渣立磨磨輥參數(shù)配置

某水泥有限公司有兩條完整的合計年產(chǎn)120 萬噸礦渣粉磨生產(chǎn)線，其立磨配置的產(chǎn)品型號為JLMSK1-46.4，磨盤直徑為4600 mm，磨輥中徑為2240 mm，配置4 個大小和重量相同的磨輥，均勻分布于磨內(nèi)，單輥壓力為1600 kN。其磨輥總成如圖1 所示。

圖1 礦渣立磨磨輥總成

1.2 礦粉立磨磨輥軸承故障初步判斷方法

JLMSK1-46.4 礦渣立磨磨輥采用了雙列圓錐滾子軸承（370692HC）和圓柱滾子軸承（NU2292MA）組合配置方式。圓錐滾子軸承作為固定端，承受來自輥套的軸向工作推力及徑向工作壓力，圓柱滾子軸承作為浮動端，只承受徑向工作壓力，不承受任何徑向工作推力[1]。

立磨自2016 年8 月投產(chǎn)以來，1#立磨的2#、3#、4#磨輥軸承和2#立磨的1#、3#磨輥軸承陸續(xù)出現(xiàn)故障，故障現(xiàn)象也不盡相同。1#立磨的3#磨輥和2#立磨的1#、3#磨輥均表現(xiàn)為潤滑油站油位下降較快，從油位標(biāo)尺可以直觀看到，油位平均每天下降為3 cm 左右，可初步判斷為磨輥密封存在問題。經(jīng)停機(jī)打開磨門檢查發(fā)現(xiàn)，磨輥尾部確實存在明顯漏油現(xiàn)象，同時檢查和清洗立磨磨輥潤滑油站過濾器濾芯時，發(fā)現(xiàn)粘附一定量的金屬碎屑和細(xì)碎金屬顆粒，判斷為磨輥軸承異常。經(jīng)拆卸后的故障軸承實物如圖2、圖3 所示。

1#立磨的2#磨輥表現(xiàn)為手動盤車?yán)щy，磨輥油站回油溫度居高不下，最高可達(dá)70 ℃以上，但立磨運行期間，主電機(jī)電流、振動趨勢并未呈現(xiàn)異?，F(xiàn)象，潤滑油站也未出現(xiàn)油位下降趨勢，磨輥油站過濾器上粘有片狀金屬碎屑，初步判斷為磨輥軸承異常。

2#立磨的4#磨輥日常運行無異常，油站回油溫度正常，磨輥不存在漏油現(xiàn)象，磨輥本體盤車靈活，但清洗回油過濾器濾芯時，發(fā)現(xiàn)上面仍然存在少量金屬碎屑，在檢修淡季主動進(jìn)行了磨輥的維護(hù)保養(yǎng)，經(jīng)拆解發(fā)現(xiàn)雙列圓錐滾子軸承部分滾動體已出現(xiàn)破損，必須進(jìn)行更換。上述磨輥軸承經(jīng)解體后的故障現(xiàn)象與圖2、圖3 類似，但軸承的損壞程度略有不同。

圖2 礦渣立磨磨輥圓錐滾子軸承

圖3 礦渣立磨磨輥圓柱滾子軸承

2 磨輥軸承故障及原因分析

2.1 礦渣立磨磨輥軸承故障現(xiàn)象

因生產(chǎn)需求，對1#立磨3#輥軸承實施了現(xiàn)場在線維修更換，但使用時間不足半年，仍然出現(xiàn)上述故障，即更換完畢的軸承快速失效。磨輥全部解體后，發(fā)現(xiàn)兩盤軸承均存在不同程度的損壞，主要現(xiàn)象如下：①雙列圓錐滾子軸承滾動體部分掉塊，有的部位存在明顯硬傷，滾動體表面點蝕嚴(yán)重，軸承外圈碳化發(fā)黑，出現(xiàn)大量金屬碎屑，保持架變形嚴(yán)重，個別滾動體已脫離保持架；②圓柱軸承表面點蝕非常嚴(yán)重，部分滾動體破裂。

2.2 礦渣立磨磨輥軸承故障原因分析

經(jīng)綜合診斷，對JLMSK1-46.4 礦渣立磨磨輥軸承故障給出如下分析：

（1）從生產(chǎn)運行工況來考慮問題。公司礦渣立磨4 個磨輥重量、規(guī)模完全相同，自由選用1#和3#輥作為主動輥研磨做功，壓力加載范圍達(dá)10～11.5 MPa 進(jìn)行物料研磨，2#和4#輥為輔助輥，用來輔助主動輥來攤平磨內(nèi)物料，使物料分布均勻，其壓力加載范圍控制在5～7 MPa。磨主機(jī)運行電流在150～170 A 左右無異常，立磨振動值一般控制在水平1.2～2 mm/s、垂直1.5～2 mm/s，有時因物料、熱風(fēng)溫度或水分等原因偶爾出現(xiàn)短暫振停，振停上限值控制在6 mm/s。從軸承損傷部位來看，磨輥研磨做功部位損壞最為嚴(yán)重，滾動體等呈現(xiàn)不同程度硬傷，說明軸承受力嚴(yán)重，暫排除軸承（一般磨輥軸承選用知名品牌進(jìn)口軸承或國產(chǎn)軸承，正常使用壽命至少可達(dá)50 000 h）本身質(zhì)量問題，可見操作運行過程中的振動會對磨輥軸承產(chǎn)生極大傷害，頻繁振動則傷害更大。

（2）對磨輥潤滑因素的分析。原潤滑油品選用的L-CKD220礦物質(zhì)工業(yè)齒輪油，從潤滑油溫實驗曲線可以看出，隨著溫度升高，潤滑粘度呈現(xiàn)逐漸下降趨勢，軸承長期處于高壓力重負(fù)荷作用下，表面無法形成良好油膜，潤滑效果變差，經(jīng)長時間沖擊性負(fù)荷的不斷作用，軸承容易產(chǎn)生疲勞性損傷。從磨輥油站潤滑油的顏色變化可以發(fā)現(xiàn)端倪。潤滑油從最初加入時的清亮顏色，幾個月后就變成深灰色，有時甚至變成淺黑色，說明此時潤滑油已接近失效。

（3）軸承與主軸的間隙配合及正確裝配問題，也是維修過程中特別關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。公司1#磨3#輥軸承短時間產(chǎn)生了兩次維修更換，在維修過程中省略了一個重要環(huán)節(jié)，對磨輥主軸負(fù)荷端處位置的磨損及彎曲度狀態(tài)檢測和處理，即主軸與軸承的間隙配合是否在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，軸承軸向游隙數(shù)據(jù)精確化調(diào)整，這對于在線維修的環(huán)境來說是無法實現(xiàn)精準(zhǔn)處理的。

（4）密封失效也會導(dǎo)致軸承損壞。檢查磨輥尾部有明顯漏油痕跡，有時可能為磨輥密封失效后，雜質(zhì)和砂礫進(jìn)入軸承內(nèi)部導(dǎo)致油膜遭到破壞后研磨失效。JLMSK1-46.4 立磨磨輥密封由兩部分組成，最外部為環(huán)狀丁晴橡膠密封圈，用于防止外部灰塵、雜物進(jìn)入而損壞軸承的第一道防線；第二部分為SKF 唇形氟橡膠骨架密封圈組合而成，由一組3 個構(gòu)成，規(guī)格型號為HDS2 510×560×25 的（1 個）和HDS3 510×560×25×35 的（2 個）對接組合。密封軸承處采用的是密封風(fēng)的形式，即用密封風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)，用一定量壓力和流量的壓縮空氣來防止磨腔內(nèi)的粉塵進(jìn)入軸承潤滑油內(nèi)部。要求密封風(fēng)機(jī)壓力必須持續(xù)均勻穩(wěn)定，每個磨輥對應(yīng)一個進(jìn)風(fēng)點，而且要求進(jìn)入的流動空氣必須是潔凈的，因此定期清理密封風(fēng)機(jī)入口的過濾網(wǎng)非常重要，防止粉塵倒灌進(jìn)入軸承密封，否則也會導(dǎo)致磨輥軸承損壞。

3 維修及改進(jìn)方案

針對上述造成磨輥軸承損壞的種種因素，結(jié)合專業(yè)維修廠家的建議，采取如下改進(jìn)措施。

3.1 限壓減振穩(wěn)料層，技術(shù)改造控聯(lián)鎖

由于原料礦渣質(zhì)量參差不齊，而要求成品合格率必須達(dá)到100%，需通過調(diào)整磨輥壓力等手段來實現(xiàn)，當(dāng)磨輥加載壓力至11.5 MPa 時，較小的內(nèi)外部因素（熱風(fēng)溫度變化、料層、磨內(nèi)壓差等）波動，都有可能導(dǎo)致立磨迅速振停。為進(jìn)一步均勻布料，穩(wěn)定料面，將原磨內(nèi)灑水裝置進(jìn)行改造，使其噴水均勻有效，并增加了磨外混料皮帶物料自動化噴霧裝置，可同時實現(xiàn)磨內(nèi)外噴水調(diào)整，可供操作員擇機(jī)調(diào)整適宜的料層厚度；同時通過技術(shù)改造，將側(cè)入料螺旋鉸刀入磨下料位置變更，使之盡可能在磨盤中心位置落料，減少物料堆積并使之布料均勻，容易形成穩(wěn)定料層，使磨輥做功動態(tài)平穩(wěn)，從而保證磨輥軸承的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

下調(diào)1#和3#主動輥加載壓力上限，由原來的11.5 MPa 降至10.5 MPa，上調(diào)2#和4#輔助輥的加載壓力，由原來的5 MPa提升至6.5 MPa。

時刻關(guān)注立磨在線振動監(jiān)測各元素趨勢，嚴(yán)格限定水平和垂直振動保護(hù)數(shù)值，將其納入自動化DCS 中控聯(lián)鎖系統(tǒng)管理之中，要求無論水平或垂直方位的振動數(shù)據(jù)達(dá)到4 mm/s 時，延時2 s 報警，達(dá)到6 mm/s 時，延時1 s 立磨跳停。

3.2 油品質(zhì)量需保障，油膜形成是關(guān)鍵

經(jīng)與設(shè)備生產(chǎn)廠家和軸承維修廠家充分交流，將原磨輥潤滑油站的油全部排出，對油箱內(nèi)部用面團(tuán)反復(fù)粘接清除金屬碎屑或雜物，清理清洗磨輥油路管道，確保內(nèi)部清潔、通暢。再將原來的L-CKD220 工業(yè)齒輪礦物質(zhì)油更換為品質(zhì)和級別更高的L-CKD320 重負(fù)荷閉式工業(yè)齒輪全合成油，使油品等級和油品質(zhì)量均得以提升，更有利于后續(xù)磨輥運行軸承潤滑油膜的形成[2]。

適量調(diào)整供油油量和油壓，以現(xiàn)場不漏油為根本原則，一般供油公稱壓力可調(diào)至0.3～0.4 MPa，磨輥供油公稱流量可達(dá)45～55 L/min。通過增加油量，盡可能降低磨輥內(nèi)軸承溫度。磨輥正常工作時，一般控制回油溫度在45～60 ℃，與中控DCS 自動化系統(tǒng)形成聯(lián)鎖，設(shè)置為70 ℃報警、80 ℃停機(jī)。

3.3 軸承更換需檢測，游隙控制最重要

一般來說，對于礦渣立磨圓錐滾子軸承，安裝軸向游隙控制在-0.10～-0.15 mm 為宜，輪轂溫度控制在110 ℃左右，軸承內(nèi)圈溫度控制在85～90 ℃，軸承工作游隙達(dá)0.10 mm 左右。經(jīng)實踐維修發(fā)現(xiàn)，與軸承相配套的輪轂內(nèi)徑和軸的尺寸公差以及輥套溫度控制因素，很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)和理想狀態(tài)。針對該情況，結(jié)合維修廠家的建議，對后續(xù)再次維修裝配的軸承，為最大限度延長軸承的使用壽命，創(chuàng)造性的變更了一個重要控制數(shù)據(jù)，即對于公司立磨磨輥軸承（配套國產(chǎn)知名品牌）的軸向游隙，由原來的控制范圍0.05～0.15 mm 變更為0～0.05 mm，最大限度向0 趨勢靠攏。在生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場簡單在線裝配更換軸承是無法達(dá)到這一精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的，這需要在專業(yè)裝配維修車間離線精細(xì)化維修，對主軸和軸承反復(fù)研磨配合方可實現(xiàn)。同時，由于軸向游隙變化，在首次生產(chǎn)升溫開磨前，操作必須要循序漸進(jìn)，即升溫幅度不宜過快，突變升溫和緊急開磨，非常容易使磨輥抱死，最終導(dǎo)致事半功倍。

磨輥主軸也由專業(yè)維修廠家上機(jī)床反復(fù)檢測，確認(rèn)3#輥主軸與軸承接觸重載做功部位彎曲程度達(dá)2～3 mm，在該種情況下繼續(xù)安裝標(biāo)準(zhǔn)新軸承，對軸承使用壽命必然產(chǎn)生較大影響。為徹底解決此問題，由專業(yè)維修廠家對主軸進(jìn)行激光熔覆修復(fù)技術(shù)處理，修復(fù)矯正完畢的主軸與新軸承即可進(jìn)行配套安裝，這樣從硬件因素上保障了回裝質(zhì)量。

3.4 密封失效軸承傷，定期巡檢很重要

對于JLMSK1-46.4 立磨磨輥油站巡檢非常關(guān)鍵，從油箱標(biāo)尺油位變化情況可以非常直觀發(fā)現(xiàn)磨輥是否存在漏油現(xiàn)象，停磨后打開磨門，對磨輥進(jìn)行巡檢觀察是很有必要的；同時定期對油站過濾器濾芯進(jìn)行檢查、清洗和更換，觀察濾芯是否粘有金屬碎屑是初步判斷磨輥軸承正常與否的基本依據(jù)。

每一個輥對應(yīng)的密封壓力必須與中控聯(lián)鎖，禁止隨意解鎖，若發(fā)現(xiàn)密封壓力異常，需停機(jī)徹底檢查，故障排除后方可開磨運行。

對2#磨1#磨輥檢修解體時，發(fā)現(xiàn)最外部的防塵環(huán)狀丁晴橡膠密封圈已損壞，3 個唇形密封有一個破損，另外2 個基本正常，因此才會發(fā)生磨輥漏油現(xiàn)象。

4 結(jié)論及建議

經(jīng)上述深入技術(shù)改造及維修，公司LMSK1-46.4 立磨磨輥運行狀況良好，有效解決了原磨輥軸承短期失效問題，離線更換完畢的軸承運行溫度正常，潤滑油位穩(wěn)定充足，無泄漏，油膜形成良好，潤滑油站回油溫度均在45 ℃左右，比維修處理前溫度還低10～15 ℃，截至目前，已經(jīng)連續(xù)運行1 年多，前期頻繁出現(xiàn)的軸承損壞的故障現(xiàn)象暫未出現(xiàn)。

尚未解決的問題：如何從工藝操作角度，在保證出磨礦粉成品比表面積合格率達(dá)100%的前提下，根據(jù)不同原料質(zhì)量差異，進(jìn)一步大幅度降低主動輥的加載壓力，是公司從不同方向一直在持續(xù)追求的目標(biāo)，但該問題目前尚未完全解決。由于加載壓力的不斷降低，可更進(jìn)一步降低磨輥軸承損壞的概率，更有效地延長備件使用壽命，節(jié)約維修資金。

由此可見，通過不斷進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)與創(chuàng)新，針對設(shè)備出現(xiàn)的各種故障現(xiàn)象，由表及里深入透徹分析，采取有效措施從根本上解決出現(xiàn)的問題，可以有效提高設(shè)備的可靠性和運轉(zhuǎn)率，降低生產(chǎn)及維修成本，為企業(yè)高效穩(wěn)定生產(chǎn)做出貢獻(xiàn)。