回轉窯大小齒輪磨損原因分析及解決方案

回轉窯大小齒輪磨損原因分析及解決方案

叢曉靜

回轉窯使用開式齒輪嚙合傳遞運動和動力，從而帶動筒體旋轉。減少大小齒輪工作中的磨損與延長使用壽命是降低回轉窯運行、維護成本行之有效的途徑。本文總結了回轉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、潤滑油品質對齒輪劃傷磨損的影響，并提出了具有針對性的解決方案。

大小齒輪磨損；劃傷磨損；齒面硬度；安裝精度；潤滑油品質

1 前言

水泥生產過程可概括為“兩磨一燒”三大環節，“一燒”是指生料在回轉窯中煅燒成水泥熟料的過程?；剞D窯的技術性能和運轉狀況決定了水泥的質量、產量和成本，因此回轉窯是水泥生產中的關鍵設備之一[1]?，F階段，國內外絕大多數水泥生產用回轉窯的傳動采用開式齒輪傳動裝置，即通過電動機、減速機、聯軸器帶動小齒輪與大齒圈齒面嚙合傳動，從而帶動回轉窯筒體旋轉運動。如何減少齒輪工作中的磨損、延長齒輪使用壽命是回轉窯設備生產、使用、維護的重點。

2 大小齒輪磨損的基本形式

磨損的成因和表現形式是非常復雜的，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、點蝕/剝落、膠合、腐蝕[2]。

2.1 齒面點蝕/剝落

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

圖1 某齒面點蝕/剝落圖

2.2 齒面膠合

膠合是指齒輪承受的實際載荷超過潤滑油所允許的載荷，或者潤滑油使用不當導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，在滑動摩擦的作用下接觸區產生瞬時高溫，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、潤滑不良引起的，下文將重點分析劃傷磨損現象。

案例一，如圖3、4所示，某現場的大齒圈、小齒輪發生了齒面劃傷的現象。從大齒圈的齒面狀態明顯可見，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一側甚至出現了大齒圈拉絲的現象，并且從大齒圈整個齒面看，接觸的面積為一斜線，是一個漸變的過程。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應。

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，某現場的大齒圈、小齒輪發生了齒面長度方向的均勻拉傷的現象。由打磨處理后的照片可以看出明顯的嚙合拉傷拉絲現象，齒面有不同程度的因嚙合磨損接觸造成的雜質破壞的小坑。

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、環境介質、表面粗糙度、材料性能、齒面硬度、安裝精度、潤滑劑等，而且各因素之間互相作用，很難建立準確的數學模型，下面本文將結合以上兩個案例重點分析齒面硬度、安裝精度、潤滑油品質對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影響齒輪的使用，對于所有水泥現場分析問題的流程來講，首先應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，其中，大概2/5的齒面光潔，3/5的齒面出現劃傷磨損，齒面狀態有一個比較清楚的分界。用布氏硬度計現場測量小齒輪齒面硬度、齒頂硬度，結果見表1。

如何保證齒面硬度值的大小及齒面硬度的均勻性，可從以下幾點做工作：

（1）材料的選擇應不低于建材行業的標準。

（2）鑄件大齒圈、鍛件小齒輪均應根據熱處理工藝曲線進行適當的熱處理。如大齒圈進行嚴格的正火、回火處理，條件允許的情況下可以考慮對其粗開齒后進行調質處理，小齒輪也進行調質處理。進行熱處理的目的，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 小齒輪硬度測量記錄

3.2 安裝精度

案例一，綜合小齒輪齒面狀態和大齒圈的齒面狀態，嚙合面的情況均為靠近減速機的一側向齒根部分遠離分度圓，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的一側出現了齒面的啃咬拉傷、啃蝕的現象。

提高大小齒輪的安裝精度，需嚴格按照安裝規程操作，具體如下：

（1）齒圈清洗、檢查、地面預組裝

先將齒圈平放在枕木上，對各部位進行清洗，工作面不得有油污、毛刺等雜物，特別是兩齒圈接口處。將兩個半齒圈用螺栓連成一體，進行預組裝。檢查齒圈接口是否貼合緊密，同時檢查齒圈的各個尺寸，做好相關尺寸的復核工作。進行彈簧板與齒圈安裝，注意運動方向與組對標記編號。

（2）齒圈安裝找正

窯體全部吊裝完畢后，用起重機先將半片齒圈吊到基礎上，處于窯體下方，再吊另外半片齒圈，扣在筒體上端，進行整體齒圈拼裝。吊裝時應防止碰撞，墊木要牢靠。用百分表測量齒圈的跳動值，徑向圓跳動（圓周方向分成8個等份）要求Z＜1.5mm；軸向圓跳動（圓周方向分成8個等份）要求X＜1.0mm。大齒圈調整至符合要求并經檢驗合格后，可正式固定至窯筒體上，正式固定后，再次復測齒圈的徑向和軸向擺動量。

（3）小齒輪安裝

小齒輪就位后，調整齒圈與小齒輪軸的PCD線吻合，注意按設計要求預留小齒圈的軸承端面間隙和窯體熱態時產生的熱脹量、冷態下大小齒輪中心線錯開量，灌漿養護期到后，對小齒輪軸進行精確找正，大小齒輪嚙合應調整至滿足下列要求：

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調整大小齒輪嚙合的齒頂間隙，一般為0.25m+（3～4mm）。

3.3 潤滑油品質

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蝕。分析其擦傷的原因，有可能是潤滑油里面存在雜質造成齒面的硬壓傷，或是因潤滑不良引起齒面擦傷。

由于該項目的問題發現較為及時，大小齒輪的漸開線齒廓齒形尚在標準齒形范圍內，即磨損程度尚在使用范圍內，只對齒面采取了打磨修復的方式。

經現場檢查了解，打開齒輪罩上觀察孔，當小齒輪嚙合面轉到外側時，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。后查閱潤滑油參數，現場使用的加拿大楓葉潤滑油VULTREX合成2200，推薦使用溫度在-30～50℃，現場用手持測溫槍測量小齒輪齒面溫度在62℃左右，說明加拿大潤滑油VULTREX合成2200不適合回轉窯工況的開式齒輪潤滑。清理油箱時，發現油箱底部潤滑油內含有細小的鐵渣，由此證實了前期的判斷。

一般情況下，大小齒輪的潤滑需嚴格按照三步進行，即需要有三種潤滑劑：涂底潤滑油，磨合潤滑油、操作潤滑油。

（1）涂底潤滑油

裝配時，應避免齒輪干燥運轉造成損傷；防止銹蝕；按齒面上潤滑劑不同的濃度分布情況，確定齒面的動力接觸比例，估計出負載分布，也可以達到校正傳動部件的效果。

涂底潤滑油應在安裝階段輔助傳動轉窯時開始使用，最遲在回轉窯點火前使用。操作時，用刷子或抹刀涂抹在大小齒圈上。涂抹完成后，采用輔助傳動轉動回轉窯兩圈即可。

（2）磨合潤滑油

通過強制磨合、迅速摩擦來降低表面粗糙度，增加齒面的負載面積；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滑中可能出現的磨損。

磨合潤滑油應在回轉窯點火時開始采用，通過齒圈噴油系統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。該潤滑油一般使用時間為35～45d，確認齒圈表面無點蝕現象后更換為操作潤滑油。

（3）操作潤滑油

操作潤滑油為正常生產時使用的潤滑油。需按照推薦的潤滑油牌號選擇適合回轉窯的潤滑油品，同時，在回轉窯的運轉過程中，要按照所用潤滑油廠家的要求，定期檢查潤滑油的品質，當出現指標劣化超標時，立即更換新油。

4 結語

回轉窯大小齒輪的齒面硬度、安裝精度、所選擇的開式齒輪潤滑油品質，均對大小齒輪的使用情況、運轉、維護成本產生非常大的影響。在工程項目中，需不斷積累經驗，從源頭上趨利避害，降低大小齒輪的磨損，有效延長其使用壽命，提高回轉窯的整機運轉率。

[1]朱昆泉，許林發.建材機械工程手冊[M]．武漢：武漢工業大學出版社，2000．

[2]侯學濱.齒輪傳動中磨損問題的研究及修復方法[J].機械管理開發，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

中材裝備集團有限公司，天津300400；

2016-05-24；編輯：呂光