礦渣立磨磨輥軸承故障分析及維修探討

石建國(guó)

（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(yùn)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(shí)間長(zhǎng)、耗費(fèi)資源大，而且產(chǎn)生的修理費(fèi)用高。

礦渣立磨磨輥軸承運(yùn)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(zhǎng)其使用壽命是企業(yè)不斷追求的目標(biāo)。因此，針對(duì)其運(yùn)行過(guò)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(jì)年產(chǎn)120 萬(wàn)噸礦渣粉磨生產(chǎn)線，其立磨配置的產(chǎn)品型號(hào)為JLMSK1-46.4，磨盤(pán)直徑為4600 mm，磨輥中徑為2240 mm，配置4 個(gè)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(lái)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(dòng)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(lái)，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(rùn)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(wèn)題。經(jīng)停機(jī)打開(kāi)磨門(mén)檢查發(fā)現(xiàn)，磨輥尾部確實(shí)存在明顯漏油現(xiàn)象，同時(shí)檢查和清洗立磨磨輥潤(rùn)滑油站過(guò)濾器濾芯時(shí)，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(shí)物如圖2、圖3 所示。

1#立磨的2#磨輥表現(xiàn)為手動(dòng)盤(pán)車(chē)?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(yùn)行期間，主電機(jī)電流、振動(dòng)趨勢(shì)并未呈現(xiàn)異常現(xiàn)象，潤(rùn)滑油站也未出現(xiàn)油位下降趨勢(shì)，磨輥油站過(guò)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(yùn)行無(wú)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(pán)車(chē)靈活，但清洗回油過(guò)濾器濾芯時(shí)，發(fā)現(xiàn)上面仍然存在少量金屬碎屑，在檢修淡季主動(dòng)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(dòng)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(lèi)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(duì)1#立磨3#輥軸承實(shí)施了現(xiàn)場(chǎng)在線維修更換，但使用時(shí)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(pán)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(dòng)體部分掉塊，有的部位存在明顯硬傷，滾動(dòng)體表面點(diǎn)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(gè)別滾動(dòng)體已脫離保持架；②圓柱軸承表面點(diǎn)蝕非常嚴(yán)重，部分滾動(dòng)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(duì)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(yùn)行工況來(lái)考慮問(wèn)題。公司礦渣立磨4 個(gè)磨輥重量、規(guī)模完全相同，自由選用1#和3#輥?zhàn)鳛橹鲃?dòng)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(lái)輔助主動(dòng)輥來(lái)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(yùn)行電流在150～170 A 左右無(wú)異常，立磨振動(dòng)值一般控制在水平1.2～2 mm/s、垂直1.5～2 mm/s，有時(shí)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(lái)看，磨輥研磨做功部位損壞最為嚴(yán)重，滾動(dòng)體等呈現(xiàn)不同程度硬傷，說(shuō)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(guó)產(chǎn)軸承，正常使用壽命至少可達(dá)50 000 h）本身質(zhì)量問(wèn)題，可見(jiàn)操作運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)會(huì)對(duì)磨輥軸承產(chǎn)生極大傷害，頻繁振動(dòng)則傷害更大。

（2）對(duì)磨輥潤(rùn)滑因素的分析。原潤(rùn)滑油品選用的L-CKD220礦物質(zhì)工業(yè)齒輪油，從潤(rùn)滑油溫實(shí)驗(yàn)曲線可以看出，隨著溫度升高，潤(rùn)滑粘度呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)，軸承長(zhǎng)期處于高壓力重負(fù)荷作用下，表面無(wú)法形成良好油膜，潤(rùn)滑效果變差，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)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(rùn)滑油的顏色變化可以發(fā)現(xiàn)端倪。潤(rùn)滑油從最初加入時(shí)的清亮顏色，幾個(gè)月后就變成深灰色，有時(shí)甚至變成淺黑色，說(shuō)明此時(shí)潤(rùn)滑油已接近失效。

（3）軸承與主軸的間隙配合及正確裝配問(wèn)題，也是維修過(guò)程中特別關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。公司1#磨3#輥軸承短時(shí)間產(chǎn)生了兩次維修更換，在維修過(guò)程中省略了一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)磨輥主軸負(fù)荷端處位置的磨損及彎曲度狀態(tài)檢測(cè)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(duì)于在線維修的環(huán)境來(lái)說(shuō)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)處理的。

（4）密封失效也會(huì)導(dǎo)致軸承損壞。檢查磨輥尾部有明顯漏油痕跡，有時(shí)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(gè)構(gòu)成，規(guī)格型號(hào)為HDS2 510×560×25 的（1 個(gè)）和HDS3 510×560×25×35 的（2 個(gè)）對(duì)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(lái)防止磨腔內(nèi)的粉塵進(jìn)入軸承潤(rùn)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(gè)磨輥對(duì)應(yīng)一個(gè)進(jìn)風(fēng)點(diǎn)，而且要求進(jìn)入的流動(dòng)空氣必須是潔凈的，因此定期清理密封風(fēng)機(jī)入口的過(guò)濾網(wǎng)非常重要，防止粉塵倒灌進(jìn)入軸承密封，否則也會(huì)導(dǎo)致磨輥軸承損壞。

3 維修及改進(jìn)方案

針對(duì)上述造成磨輥軸承損壞的種種因素，結(jié)合專(zhuān)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(guò)調(diào)整磨輥壓力等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)磨輥加載壓力至11.5 MPa 時(shí)，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(dòng)，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(dòng)化噴霧裝置，可同時(shí)實(shí)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(shí)通過(guò)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(pán)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?zhàn)龉?dòng)態(tài)平穩(wěn)，從而保證磨輥軸承的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

下調(diào)1#和3#主動(dòng)輥加載壓力上限，由原來(lái)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(lái)的5 MPa提升至6.5 MPa。

時(shí)刻關(guān)注立磨在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)各元素趨勢(shì)，嚴(yán)格限定水平和垂直振動(dòng)保護(hù)數(shù)值，將其納入自動(dòng)化DCS 中控聯(lián)鎖系統(tǒng)管理之中，要求無(wú)論水平或垂直方位的振動(dòng)數(shù)據(jù)達(dá)到4 mm/s 時(shí)，延時(shí)2 s 報(bào)警，達(dá)到6 mm/s 時(shí)，延時(shí)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(rùn)滑油站的油全部排出，對(duì)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(lái)的L-CKD220 工業(yè)齒輪礦物質(zhì)油更換為品質(zhì)和級(jí)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(jí)和油品質(zhì)量均得以提升，更有利于后續(xù)磨輥運(yùn)行軸承潤(rùn)滑油膜的形成[2]。

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

3.3 軸承更換需檢測(cè)，游隙控制最重要

一般來(lái)說(shuō)，對(duì)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(shí)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(duì)該情況，結(jié)合維修廠家的建議，對(duì)后續(xù)再次維修裝配的軸承，為最大限度延長(zhǎng)軸承的使用壽命，創(chuàng)造性的變更了一個(gè)重要控制數(shù)據(jù)，即對(duì)于公司立磨磨輥軸承（配套國(guó)產(chǎn)知名品牌）的軸向游隙，由原來(lái)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(shì)靠攏。在生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)單在線裝配更換軸承是無(wú)法達(dá)到這一精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的，這需要在專(zhuān)業(yè)裝配維修車(chē)間離線精細(xì)化維修，對(duì)主軸和軸承反復(fù)研磨配合方可實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，由于軸向游隙變化，在首次生產(chǎn)升溫開(kāi)磨前，操作必須要循序漸進(jìn)，即升溫幅度不宜過(guò)快，突變升溫和緊急開(kāi)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(zhuān)業(yè)維修廠家上機(jī)床反復(fù)檢測(cè)，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(duì)軸承使用壽命必然產(chǎn)生較大影響。為徹底解決此問(wèn)題，由專(zhuān)業(yè)維修廠家對(duì)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(duì)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(kāi)磨門(mén)，對(duì)磨輥進(jìn)行巡檢觀察是很有必要的；同時(shí)定期對(duì)油站過(guò)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(gè)輥對(duì)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(kāi)磨運(yùn)行。

對(duì)2#磨1#磨輥檢修解體時(shí)，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(gè)唇形密封有一個(gè)破損，另外2 個(gè)基本正常，因此才會(huì)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(yùn)行狀況良好，有效解決了原磨輥軸承短期失效問(wèn)題，離線更換完畢的軸承運(yùn)行溫度正常，潤(rùn)滑油位穩(wěn)定充足，無(wú)泄漏，油膜形成良好，潤(rùn)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(yùn)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(wèn)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(dòng)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(wèn)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(zhǎng)備件使用壽命，節(jié)約維修資金。

由此可見(jiàn)，通過(guò)不斷進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)與創(chuàng)新，針對(duì)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(wèn)題，可以有效提高設(shè)備的可靠性和運(yùn)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)。