礦物(wù)磨機開式齒輪不對中檢測及調整方法研究
導讀：開式齒輪是礦物磨機(jī)的關鍵部件，不對中是運行過程(chéng)中常見的問題。大小齒輪(lún)不對中會使局部齒面出現偏載，若檢測或調整方法不當，會造成齒面損傷甚至斷齒，嚴(yán)重縮(suō)短齒輪的使(shǐ)用壽命。結合礦物磨機開式齒輪維護實踐經驗，介紹(shào)了在線齒(chǐ)面溫差(chà)和軸承座振動的(de)不對中檢測方(fāng)法，并對如何通過側隙和墊片高效地調整開式齒輪角(jiǎo)度不(bú)對中進行了研究與總結，爲科學(xué)檢測、高效調整提供了指導。
由于(yú)礦物磨機開式齒輪傳動工況比較惡(è)劣，特别是出現不對中時，局部齒面承受高載荷，導緻齒面(miàn)過早出現(xiàn)點蝕(shí)或裂紋，大大縮短了齒輪的使用(yòng)壽命；當偏載過大時，大(dà)齒輪齒面甚至出現斷裂失效。根據國内案例，采用堆焊修複一(yī)個斷齒所需時間約爲 3~6d；如需更換齒輪，在人員、器具和齒輪備件準備到位的前提下，也至少需要15d；而且修複後的使用效(xiào)果存在不确定性，爲生(shēng)産運營帶來了巨大的(de)經濟(jì)損失。
開式齒輪不對中是礦物磨機運行過程中常見的問題，産生的主(zhǔ)要原因如下。
(1) 在安裝初期，磨機負荷試車時，負荷、筒體和軸承等部件溫度升高，筒體撓度、熱變形等随之改變，開式齒輪的對中狀況(kuàng)也發生了變化。
(2) 在礦物(wù)磨機運轉時，随着時間的推移，主軸承、小齒輪軸等不同部(bù)位地基(jī)沉降不均，影響開式齒輪的對中狀況；另外(wài)，不可避免(miǎn)的振動導緻固定(dìng)軸承座的螺栓轉矩出現降低，受(shòu)啓動過程中的瞬時(shí)沖擊影(yǐng)響，小齒輪軸組底闆相(xiàng)對大(dà)齒輪也可能發生移位。
實際生産過程中，經常(cháng)出現因開式齒輪不對中檢測方法不當，沒有(yǒu)及時發現并采取措施，造成齒輪斷齒的設備(bèi)事故(gù)。當齒輪出現偏載時，在實施調整過(guò)程中，由于生産計劃緊張，要求一次性高(gāo)效完成調整，并達到規定的溫度偏差範圍，這更是一個普遍存在的技術難題(tí)。有時采用了錯誤的調整方法，進一步加(jiā)劇(jù)了齒面偏載，不(bú)僅因返工增加了非計劃(huà)檢修(xiū)時間，還可能對大齒輪(lún)齒面造成永久性的損傷。筆者針(zhēn)對以上問題分别進行了深入(rù)分析、研究與總結，爲科學合理檢測、正确高效調整不對中提供正确指導。
1 不對中(zhōng)的檢測方(fāng)法介紹(shào)
開式齒輪不對中的檢測方法通常分爲離線檢測方法和在線檢測(cè)方法(fǎ)。離線檢測方法包(bāo)括測量側隙法和接觸面積法；在線檢測方法包括在線齒面溫度(dù)測(cè)量法和在線軸(zhóu)承座振動測量法。筆者僅介紹(shào)在線檢測的方法。
1.1 在線齒面溫(wēn)度測量法
開式齒輪不對(duì)中将導緻沿整個齒面負載分布不(bú)均(jun1)，并在高負載點産生高的運行溫度。當齒面溫度較均勻時(shí)，表明齒面承受(shòu)均勻的載荷，也表明齒輪處于較佳對中狀态(tài)。
通常選用小齒輪而不是大齒輪齒面溫度來(lái)判斷開式齒輪(lún)是否出現(xiàn)不對(duì)中現象。這是因爲實(shí)際運(yùn)行時，發現(xiàn)大齒輪齒面溫度和偏差均比小齒輪的(de)更小，無法敏感地反映齒輪不對中的問題；同(tóng)時，受(shòu)大齒輪安(ān)裝精(jīng)度的影響，不同位置大齒(chǐ)輪齒面的溫度分(fèn)布也不一緻。圖 1 和圖 2 是某運(yùn)行中磨機大齒輪和小齒輪的熱成像圖。圖 1 顯示小齒輪齒面溫度偏差約 10.6 ℃，齒面(miàn)最高溫度爲 58.7 ℃。圖 2 顯示大齒輪(lún)齒面溫(wēn)度偏差小于 1.0℃，齒面最高溫度爲 38.0 ℃，比小齒輪齒面(miàn)最高溫度低了 20.7 ℃；同時，相鄰時刻拍攝的兩張大齒輪齒(chǐ)面的(de)溫度分布也略有不(bú)同。
圖1 某運(yùn)行(háng)中磨機(jī)小齒輪齒面熱成像(xiàng)
圖2 某運行中磨機大齒輪齒面熱成像
小齒輪齒面溫度通常是利用齒輪罩上安裝的(de) 3 個紅外測溫傳感器實現在線測量的，如圖(tú) 3 所示。利用手持測溫槍定期從觀(guān)察門處測量齒面溫(wēn)度，并(bìng)與紅外測溫傳感器數據進行比對，确保在線監測(cè)數據準(zhǔn)确性也(yě)非常有必要。同時，熱成像儀作(zuò)爲專(zhuān)業監測工具，能(néng)夠提供更加直觀全(quán)面的溫度(dù)分布信息。例如，繪制沿齒寬方向某位置溫度曲線，獲取任一(yī)點、線或區域處的最高、最低和平(píng)均溫度，如圖 4 所示。可以(yǐ)看出，監測位置(zhì)的最高溫度爲 67.61 ℃，最(zuì)低溫度爲58.10 ℃，平均溫(wēn)度爲 64.70 ℃。
圖3 安裝在(zài)齒輪罩上的紅外測溫傳感器
圖4 某磨機小齒輪齒面熱成像及分析
1.2 在(zài)線軸(zhóu)承座振動測量法
由于磨(mó)機開式(shì)斜齒輪的縱向重合度通常大于 1，傳動比較平穩，使軸承座上的振動值無法敏感地反映齒輪副的不對中狀态，僅(jǐn)可作(zuò)爲一(yī)個參(cān)考的檢測方法(fǎ)。表 1 所列爲(wèi)某台磨機 4 種不同溫度偏差下，兩種齒輪(lún)齧合頻率的小(xiǎo)齒輪軸組水平方(fāng)向軸承座振動數據。該數據顯示齒面(miàn)溫度(dù)偏差與振動值沒有較大的相關(guān)性，即使明顯不對中的齒輪，其齧合頻率的 2 倍頻振動值也較低。表 2 所列爲調整不對中前後齒面溫度偏(piān)差與軸承座振動數據。可以看出，4 組不對中的開式齒輪在調整後溫度偏差均至少減少 80%，而軸承座振動速度(dù)值大部(bù)分降幅在 15% 以上(shàng)。
表1 水平方(fāng)向軸承座振動數據
表2 調整不對中前後(hòu)齒面溫度(dù)偏差與軸承座振動數(shù)據
2 不對中的調整方法研究
開式(shì)齒輪(lún)不對中通常表現爲平行不對(duì)中、角度不對中以及綜合不對中，不(bú)同的形式産生不同的影響(xiǎng)，需要采(cǎi)取對應的措施進行調整。
2.1 平行(háng)不對(duì)中
平行不對中在設備實際工(gōng)況中發生較少，影響相對較小，在此不進行深入研(yán)究。平行(háng)不對中主要表現爲在水平(píng)方向(xiàng)上小齒輪(lún)與大(dà)齒輪齒面兩端側隙(xì)值或頂隙值比較一緻，但兩齒輪設計節圓相對位置出現重疊(dié)或者距離過大，有時會造成異常振動、齒面溫(wēn)度過高等問題，通(tōng)過整體平移即可調整到位。
2.2 角度不對中
角度不對中會造成沿齒向的(de)載荷(hé)分布不均，齒面溫度産生偏差。角度不對中又分爲水平角度不對中和豎直(zhí)角度不對中，如圖 5、6 所示。
圖(tú)5 水平角度不對中示意
圖6 豎直角度不對中示意(yì)
2.2.1 水平角(jiǎo)度不對中
水平(píng)角度不對中時，小齒輪(lún)與大齒(chǐ)輪齒面兩端側隙值出現明顯(xiǎn)的差值，可通過移(yí)動一(yī)側軸承座使側隙值達到一(yī)緻，實(shí)現載荷的均勻分布，最終(zhōng)表現爲均勻的齒(chǐ)面溫度。爲了确定水平移動量，達到僅一次調(diào)整便使(shǐ)側隙值接近一(yī)緻的(de)目的，需掌握軸承座水平移動與側隙值(zhí)量化關系。圖 7 所示爲側隙的測量方式。需注意的是，受白天與夜晚環境溫度和大齒輪端跳與徑跳的影響，個别位置的側(cè)隙值大小會出(chū)現波動，但應使(shǐ)圖 7 中測得的齒側隙值 x1+x2 (齒向左(zuǒ)側接(jiē)觸面和齒隙面(miàn) 2 個側隙值(zhí)之和) 與 x3+x4(齒向右側接觸面和齒隙面 2 個側隙值之和(hé)) 的差值(zhí)盡(jìn)量小，且接觸側無間隙(xì)。
圖7 側隙的測量方式
圖8 所示爲大、小齒(chǐ)輪的(de)安裝示意。在實際維護(hù)工(gōng)作中，測量的齒面(miàn)側隙值對應于節圓處的側隙變化(huà)值 jbn，根據齒輪幾何特性(xìng)，結合(hé)大、小齒輪(lún)位置關系可以得(dé)出換算式
式中(zhōng)：Δs 爲小齒輪軸(zhóu)水平移動距離，mm；θ 爲大、小(xiǎo)齒輪安裝角，(°)；αn 爲齒輪法向壓力角，(°)。
例如，小齒輪(lún)軸一側水平移動距離 Δs=1 mm時(shí)，假設 θ =14°，αn=25°，此時 jbn=0.9 mm，即(jí)節圓處的(de)側隙變化值爲 0.9 mm。
圖8 大、小齒輪安裝位置示意
2.2.2 豎直(zhí)角(jiǎo)度不對中
當小齒輪與大齒輪齒面兩端側隙值和(hé)頂隙值基本一緻時，齒面溫度仍顯(xiǎn)示偏差，可判斷爲豎直角度不對中。此時，需(xū)要将小齒輪(lún)在豎直方向進行上下調整來保證兩端齧合承載均(jun1)勻性。現(xiàn)場搜集若幹組豎直角度不對中齒輪，對其調整前後的溫度偏差變化(huà)、調整(zhěng)量和磨機實際運行(háng)功率進行數據分析與研究(jiū)，筆者提出了經驗回歸公式
式中：S 爲(wèi)所需的(de)墊片調整量，mm；ΔT 爲需(xū)要調整(zhěng)的溫差值(zhí)，℃；Lr 爲磨機的長徑比，P1 爲(wèi)實際運行功率，kW；Pn 爲磨機額定裝(zhuāng)機功率，kW。
式 (2) 考慮了磨機規格不同長徑比以及在不同載荷下的筒體撓(náo)度(dù)對溫度偏差的影響，能夠較爲可靠地确定在豎直角度不(bú)對中情況下(xià)小齒輪(lún)軸組的調整量。結合表 3 中(zhōng)的 7 組實際數據，利用式(shì) (2) 計算墊片調整量，結果與實際墊(niàn)片調整量最大差值(zhí)小于 0.05 mm，對比曲(qǔ)線如圖 9 所示。滿足現場調整的施工和精度需求(qiú)。
表3 僅使用墊片調整(zhěng)前、後齒面溫度偏差數(shù)據
圖9 實(shí)際的墊片調整量與計算的墊片調整量比較
3 讨論
開式齒輪不對中的調整是一(yī)個精密操作的過(guò)程，需要(yào)使用百分表記錄，并确認固定端和遊動端軸承座在調整過程中的實際位移量。同時，需考慮軸承遊隙、軸承座螺(luó)栓(shuān)緊固順序、小齒輪軸與電動機或減速器的同(tóng)軸度(dù)等因素，結果易受操作(zuò)者水平的影響。特别是當電動機無法(fǎ)調整時，在調整小齒輪時，需要綜合考慮對應聯軸器同軸度，避免開式齒輪對中(zhōng)調整後，由聯軸器同軸度超标導緻異常振動問題。
4 結論
開式齒輪的不對(duì)中是磨機運行中的常見問題，該問題的出現不利(lì)于大齒輪長期穩定(dìng)運(yùn)行，嚴重時(shí)短期(qī)内可能對齒輪造成直接損壞。通過在線齒面溫度檢(jiǎn)測法，可(kě)及時地發(fā)現不對中問題。針對常見(jiàn)的角度不(bú)對中情(qíng)況，水平(píng)和豎直方向調整小齒(chǐ)輪軸承座是最有效的(de)解決方法。需(xū)要(yào)注意的是，在調整開始前，需确(què)定溫度偏差是否由不對中導緻，以及不對中(zhōng)的具體類型。
針對水平(píng)角度不對中情況下調整側隙的要求(qiú)，爲了高效(xiào)準确地實施調(diào)整，結合磨機齒輪的(de)幾何結構，确定了小齒輪軸水平移動量與(yǔ)側隙變化量的關(guān)系式。
對豎直角度不對中情況下如何确定(dìng)調整墊片厚度的難點，結合 7 組現場實(shí)際(jì)調整數(shù)據，綜合考慮了磨機規格(gé)的不同長徑比以及在不(bú)同載荷下(xià)的筒體撓(náo)度對溫度偏差(chà)的影(yǐng)響，提出了可量化經(jīng)驗回歸公(gōng)式。利用該公式(shì)計算的墊(niàn)片調整量(liàng)與實際墊片調整量最大差值(zhí)小于(yú) 0.05 mm，滿足調整的精度需求。還可根據更(gèng)多現場數(shù)據，驗證和修正計算調整(zhěng)墊片厚度(dù)的經驗回歸公式，降(jiàng)低開(kāi)式齒輪調整(zhěng)的技術難度，節約調整工作的時長，爲齒輪副(fù)長期安全平(píng)穩運行創造有利條件。
由于各磨機(jī)工況不同，當采(cǎi)用以上方法不便或調整效果不理(lǐ)想(xiǎng)時，需使用着色劑(jì)查看開式齒輪實際(jì)接觸情況，分析原因并采取其他相應措施。
引(yǐn)文格式：
