環冷機車輪脫落的研究和對策

王利志，王鋒，崔文龍，陰利輝，吳寶兵

（河鋼股份有限公司承德分公司，河北 承德 067002）

目前，國內燒結廠多采用環冷機冷卻燒結礦，隨著燒結機的不斷大型化，環冷機也相應地朝大型化方向發展。環冷機機體的轉動系統一般有車輪式、托輪式等。其中，托輪式車體靠托架在托輪上運轉，車輪式車體與車輪共同在軌道上運行。以我鋼廠415㎡環冷機車輪式車體為例，環冷機沿中徑44m圓環運轉，運轉一周時間為：46.6～139.8min，正常時間為：80min。在運轉一周的時間內通過環冷鼓風機將溫度高700～800℃燒結礦冷卻至燒結礦表面溫度應在100℃以下。由此可見，燒結機故障停機將極大影響整個燒結系統的生產。

環冷機系統停機的主要原因是環冷機車輪的脫落。當車輪脫落后進行事故搶修需要3～4小時，特別是車輪脫落后發現不及時臺車停在更換位置空間不足部位時會導致燒結機長達10小時以上停機，嚴重影響了燒結機的生產產量。本文通過對環冷機車輪軸承受力情況及潤滑密封情況進行分析，找出問題所在，并制定相應的對策，以期達到環冷機車輪穩定運行的目的。

1 環冷機車輪脫落原因分析

1.1 環冷機車輪軸承力分析

環冷機臺車運行的驅動裝置為相對對稱布置的電機減速機帶動摩擦輪轉動裝置，摩擦輪壓緊、驅動摩擦板轉動，進而達到使環冷轉動的目的（如圖1）。

圖1 環冷機傳動簡圖

該種驅動方式造成環冷機臺車單車在驅動力F1和F2作用下運行軌跡呈橢圓運行（圖2）。進而使車輪軸承在臺車運行時除受車體及負荷重量產生的壓力（F3）外（圖3），還受臺車在運動過程中的往復軸向力（F4）。

圖2 環冷機理論及實際運動軌跡

我廠415㎡環冷機臺車車輪軸承型為雙列圓錐輥子軸承，其結構示意圖及受力圖如圖3。析可知，在車體及負荷重量產生的壓力F3

圖3 環冷機軸承受力分析圖

由圖3分作用下，軸承里套分別承受了F3.1、F3.3的軸向力和F3.2、F3.4的徑向力，以及臺車在圓周運動過程中承受的往復軸向力F4。從受力分析可知，鎖母的緊力和軸向間隙的控制是在軸承內外套間隙固定情況下保證車輪軸承穩定運行的關鍵因素。

1.2 環冷機車輪潤滑密封形式分析

我鋼廠環冷機在環冷機實際運行過程中測量環冷機車輪實際工作環境溫度最高為：160.9℃，平均環境溫度為：124.2℃，車輪輪體最高溫度為86.7℃。其測溫圖如圖4。

圖4 環冷機工作環境及車輪紅外測溫圖

環冷機車輪組件中對軸承腔的密封形式主要有兩種，一種為骨架油封密封，一種為骨架油封加迷宮密封兩種。此兩種密封示意圖如圖5。

圖5 環冷機車輪密封結構簡圖

由于環冷機的冷卻方式為鼓風冷卻，臺車與風箱之間密封采用的是浮動滑板式密封，在環冷機運轉過程中會有細小的燒結礦顆粒吹出，當密封失效時，一部分落入軸頭及密封環處的顆粒會隨著臺車的運行進入車輪軸承潤滑腔內的油脂中，造成油品污染，導致軸承因潤滑失效而損壞。

2 環冷機車輪脫落預防措施

2.1 重新組裝車輪確定關鍵尺寸鏈

為了解決在檢修過程中對車輪安裝的精度要求，利用AUTOCAD對車輪進行建模。通過在建模過程中恢復各備件的原始安裝精度，通過尺寸鏈計算出車輪組件的關鍵控制點（圖6）線下新備件實際組裝車輪組件與檢修拆除控制尺寸鏈大的臺車半軸組件與AUTOCAD建模后尺寸鏈進行分別對比。除規定半軸精度外，還確定了各尺寸部件的相關要求如表1。

圖6 環冷機車輪檢修控制尺寸示意圖

表1 車輪尺寸鏈控制要求表

2.2 重新設計車輪密封形式，采用耐高溫密封油封

由于環冷機車輪實際工作環境溫度最高為：160.9℃，平均環境溫度為：124.2℃，車輪輪體最高溫度為86.7℃。在生產過程中，經常會發現端蓋部位的骨架油封由于溫度過高油封材質變軟，油封整體向外擠出，導致密封失效。為防止該現象發生，重新設計了車輪的端蓋取消了車輪端蓋處的密封，將端蓋由“透蓋”形式改為了“悶蓋”形式（圖7）。為防止高溫對骨架油封的影響，將密封環處的骨架油封材質由原來的丁腈橡膠改為氟橡膠。

3 措施落實前后對比

從2017年7月開始利用檢修逐漸對環冷機車輪進行安裝尺寸控制及密封更換，經過一年的實踐通過對車輪脫落事故統計得出，故障率降低了65%。環冷機車輪脫落故障得到了有效的控制。

4 結語

圖7 環冷機透蓋改造示意圖

環冷機車輪軸承長期處于低速重載的工況下運行，如何有效準確地判斷出軸承故障一直是點檢、維護人員的一大難點。對環冷機車輪的安裝尺寸控制及密封形式的改善能過有效地避免因車輪軸承因在重載及潤滑不足條件下產生故障導致停機、停產。通過對環冷機車輪脫落的研究，也能印證軸承的裝配精度及潤滑狀態是否良好直接關系到整個車輪的使用壽命。