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回轉(zhuǎn)窯液壓擋輪裝置常見故障的分析與處理
發(fā)布時(shí)間：2022-02-18
周建軍 盧華武 鄭國(guó)信
（中材裝備集團(tuán)有限公司）
回轉(zhuǎn)窯窯體有規(guī)律地上下往復(fù)竄動(dòng)，是為了延長(zhǎng)輪帶、托輪、大小齒輪等機(jī)件的使用壽命。窯體的這種竄動(dòng)，當(dāng)前Z有效的技術(shù)措施是采用先進(jìn)的液壓擋輪裝置。液壓擋輪裝置是吃力擋輪，龐大而沉重的窯體向上竄動(dòng)全靠液壓擋輪的推動(dòng)。如果制造、安裝、調(diào)試和維護(hù)沒(méi)有達(dá)到要求，受力很大的液壓擋輪裝置會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)一些故障甚至事故，造成回轉(zhuǎn)窯不得不減產(chǎn)降速運(yùn)行或停窯處理，從而導(dǎo)致回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)率降低，水泥企業(yè)效益受損。液壓擋輪裝置常見的故障和事故有上軸承的過(guò)熱和損壞、主軸的斷裂、擋輪的上拔、擋輪的過(guò)快磨損、液壓缸漏油或內(nèi)泄、液壓系統(tǒng)的壓力超高或波動(dòng)過(guò)大等。為減少和避免這些問(wèn)題的發(fā)生，盡量減小水泥企業(yè)因此造成的損失，本文對(duì)當(dāng)前使用Z多的先進(jìn)液壓擋輪裝置的結(jié)構(gòu)、構(gòu)成和工作原理加以簡(jiǎn)要介紹，對(duì)常見的故障或事故進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的解決措施。
1 液壓擋輪裝置的組成
回轉(zhuǎn)窯液壓擋輪裝置是由機(jī)械部分本體、擋輪控制系統(tǒng)和擋輪液壓系統(tǒng)組成的。
1.1 機(jī)械部分
大多數(shù)的回轉(zhuǎn)窯配套一套液壓擋輪，也有少數(shù)大型回轉(zhuǎn)窯配套兩套液壓擋輪，這主要是因?yàn)楦G的下竄力加大，為進(jìn)一步提高擋輪運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。
液壓擋輪裝置的機(jī)械部分本體主要包括：擋輪、擋輪軸承座、軸承、擋輪主軸、導(dǎo)桿支座、軸承座滑動(dòng)導(dǎo)桿和液壓缸等部分，其常見結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.擋輪；2.擋輪軸承座；3.上軸承；4.擋輪主軸；5.導(dǎo)桿支座；6.軸承座滑動(dòng)導(dǎo)桿；7.液壓缸
擋輪是直接與輪帶接觸并推動(dòng)窯體上、下竄動(dòng)的部件，其與輪帶之間形成了滾動(dòng)加微量滑動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，是易損件，表面由石墨塊潤(rùn)滑。擋輪軸承座內(nèi)部安裝有擋輪軸承，固定在兩側(cè)的滑動(dòng)導(dǎo)桿上，并可在滑動(dòng)導(dǎo)桿上前后滑動(dòng)。擋輪軸承一般選用球面調(diào)心滾子軸承和推力滾子軸承，分別裝于擋輪主軸的上、中、下位置，也有兩軸承結(jié)構(gòu)，球面調(diào)心滾子軸承承受擋輪的徑向下竄力，底部的推力滾子軸承承受擋輪的軸向力，軸承有干油和稀油兩種潤(rùn)滑方式，現(xiàn)場(chǎng)大部分的軸承失效與受力和潤(rùn)滑有關(guān)。擋輪主軸是將擋輪與軸承、擋輪軸承座等連為一體的部件，承受著交變彎矩載荷，在運(yùn)行中出現(xiàn)折斷、彎曲現(xiàn)象在事故里占有一定比例。擋輪導(dǎo)桿支座與擋輪底座采用螺栓連接，其底面與窯中心線平行，承載著擋輪的所有載荷。軸承座滑動(dòng)導(dǎo)桿承載著擋輪主體，確保擋輪在要求的軸線上滑行，其前后固定在導(dǎo)桿支座上，與擋輪軸承座通過(guò)軸套接觸，在軸套上設(shè)有潤(rùn)滑孔需定期加油，在其兩端通常放置有馬蹄鐵，作為窯體上下行的機(jī)械限位；液壓缸是推動(dòng)窯體上、下竄動(dòng)的動(dòng)力元件，其Z大壓力一般應(yīng)控制在8MPa左右，內(nèi)部的密封圈是易損件，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)內(nèi)泄、漏油等問(wèn)題。
1.2 電控部分
電控系統(tǒng)主要由PLC控制柜、現(xiàn)場(chǎng)限位開關(guān)控制裝置及油站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成。下面主要介紹現(xiàn)場(chǎng)限位開關(guān)控制裝置的作用及調(diào)整。
液壓擋輪裝置的限位開關(guān)控制箱安裝在擋輪軸承座的側(cè)面，根據(jù)擋輪上下竄動(dòng)的位置，可發(fā)出信號(hào)給PLC控制柜，以控制擋輪的液壓系統(tǒng)。圖2是現(xiàn)場(chǎng)常用的限位開關(guān)控制裝置，由6個(gè)感應(yīng)塊和對(duì)應(yīng)的6只限位開關(guān)組成。其中中間兩只限位開關(guān)和感應(yīng)塊是控制窯的正常上、下竄動(dòng)的，現(xiàn)場(chǎng)初始設(shè)置行程一般是±10mm。左邊的兩只限位開關(guān)是控制窯的上、下限位報(bào)警的，現(xiàn)場(chǎng)初始設(shè)置行程一般是±15mm，當(dāng)達(dá)到該行程時(shí)，應(yīng)向中控發(fā)出報(bào)警信號(hào)。右邊的兩只限位開關(guān)是控制窯的上、下極限位置的，現(xiàn)場(chǎng)初始設(shè)置行程一般是±30mm，它要與窯主機(jī)聯(lián)鎖。
1.限位開關(guān)控制箱；2.感應(yīng)塊；3.限位開關(guān)
允許根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)液壓擋輪的行程作出適當(dāng)調(diào)整，以盡量保證各檔托輪和輪帶、大齒圈和小齒輪在全長(zhǎng)范圍內(nèi)接觸且不脫空為原則，同時(shí)要注意改變行程后，齒輪罩、窯頭密封、窯尾密封各處應(yīng)無(wú)干涉。
1.3 液壓部分
1.放油螺母；2.溫度計(jì)；3.油箱；4.電加熱器；5.排氣閥；6.過(guò)濾器；7.電磁換向閥；8.節(jié)流閥；9.截止閥；10.柱塞泵；11.單向閥；12.過(guò)濾器；13.安全閥；14.球閥；15.壓力表；16.蓄能器；17.液壓缸；18.上接近開關(guān)；19.下接近開關(guān)；20.擋輪本體
液壓擋輪裝置的液壓部分是用來(lái)向液壓缸提供壓力油，使窯體強(qiáng)制上竄和有控制的下竄。如圖3所示，柱塞泵10尾部有流量調(diào)節(jié)旋扭，用來(lái)調(diào)節(jié)柱塞泵的輸出流量，進(jìn)而調(diào)控窯的上竄動(dòng)速度。窯上竄速度一般可控制在5mm/h左右，若窯上下竄動(dòng)的速度過(guò)快，可能造成托輪和輪帶以及大齒圈和小齒輪表面擦傷和過(guò)快磨損。安全閥13用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的Z高溢流壓力，預(yù)防系統(tǒng)過(guò)載運(yùn)行，可將系統(tǒng)溢流壓力設(shè)定在10MPa左右。在液壓缸進(jìn)口裝有蓄能器16，用來(lái)穩(wěn)定系統(tǒng)壓力、過(guò)濾峰值、延長(zhǎng)元器件壽命，在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，需向蓄能器里充氮?dú)�，蓄能器里氮�(dú)獾膲毫?yīng)為擋輪裝置工作壓力的70％左右。
電磁換向閥7是用來(lái)控制液壓缸的油液何時(shí)回流油箱，屬常閉狀態(tài)，當(dāng)窯到達(dá)上限位時(shí)，電磁閥打開液壓缸至油箱的回路，同時(shí)柱塞泵停止工作，窯開始下竄。在回油管路上，裝有過(guò)濾器12，主要用來(lái)過(guò)濾油路中的雜質(zhì)、異物，當(dāng)過(guò)濾器出現(xiàn)0.5MPa的壓差時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警，說(shuō)明濾蕊堵塞需要清洗了。節(jié)流閥8用來(lái)調(diào)節(jié)液壓缸回油流量大小，用以控制窯下竄速度，當(dāng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)窯下竄速度變慢，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)窯下竄速度變快，窯下竄速度一般可控制在3mm/h左右。
2 液壓擋輪的工作原理
1.放油螺母；2.溫度計(jì)；3.油箱；4.電加熱器；5.排氣閥；6.過(guò)濾器；7.電磁換向閥；8.節(jié)流閥；9.截止閥；10.柱塞泵；11.單向閥；12.過(guò)濾器；13.安全閥；14.球閥；15.壓力表；16.蓄能器；17.液壓缸；18.上接近開關(guān)；19.下接近開關(guān)；20.擋輪本體
待回轉(zhuǎn)窯穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)后，窯速大于2.5r/min時(shí)，方可開啟擋輪液壓站，并根據(jù)擋輪的行程拆下一些擋鐵。如圖3所示，擋輪液壓站開啟后，柱塞泵電機(jī)開始運(yùn)行，柱塞泵與電磁閥聯(lián)鎖，電磁閥處于常閉狀態(tài)，此時(shí)柱塞泵經(jīng)過(guò)濾器6從油箱3中吸油，經(jīng)單向閥11、截止閥9進(jìn)入液壓缸17，在壓力油作用下，液壓缸活塞推動(dòng)擋輪迫使窯體向上竄動(dòng)。當(dāng)窯體上竄到上限位，擋輪的上限位感應(yīng)塊碰到上限位開關(guān)后，電磁閥得電變?yōu)榻油顟B(tài)，打開液壓缸至油箱的回路，同時(shí)柱塞泵電機(jī)停止供油，此時(shí)窯體在自身下竄力的作用下，緩慢下竄，液壓缸中的液壓油通過(guò)節(jié)流閥、電磁閥流回油箱。
當(dāng)窯體下竄到擋輪的下限位，下限位感應(yīng)塊碰到下限位開關(guān)時(shí)，柱塞泵又接通電源運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)電磁換向閥的電磁鐵斷電，閥體在彈簧作用下動(dòng)作，關(guān)閉液壓缸至油箱的通路，擋輪又重新推動(dòng)窯體上行，如此往復(fù)。
3 現(xiàn)場(chǎng)常見故障和事故及原因分析
現(xiàn)場(chǎng)液壓擋輪經(jīng)常出現(xiàn)的故障和事故有：軸承損壞、擋輪主軸斷裂、擋輪上拔、擋輪與輪帶接觸面不圓或磨損過(guò)快、液壓缸漏油或內(nèi)泄、系統(tǒng)壓力高和波動(dòng)大等異�，F(xiàn)象。
3.1 軸承損壞
擋輪軸承損壞是擋輪Z常見的損壞形式，造成軸承損壞的主要原因有：
(1)潤(rùn)滑不良。在使用過(guò)程中潤(rùn)滑油出現(xiàn)損耗不能得到及時(shí)補(bǔ)充，特別是稀油潤(rùn)滑時(shí)，容易出現(xiàn)漏油的情況，另外軸承的工作環(huán)境溫度過(guò)高，潤(rùn)滑油粘度降低，油膜遭到破壞也會(huì)造成潤(rùn)滑不良。
(2)負(fù)荷過(guò)大。由于窯筒體出現(xiàn)彎曲變形、中心線發(fā)生變化，可導(dǎo)致軸承承受過(guò)大的徑向和軸向力，當(dāng)托輪中心線與窯中心線不平行而使窯體產(chǎn)生額外向下的軸向力時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致軸承負(fù)載過(guò)大，壓力高。
(3)貯能器充氮壓力過(guò)高或過(guò)低，使軸承負(fù)載出現(xiàn)峰值沖擊力。
(4)軸承本身存在的質(zhì)量問(wèn)題。
3.2 擋輪軸折斷
現(xiàn)場(chǎng)有時(shí)也會(huì)發(fā)生擋輪主軸折斷的情況，如圖4所示。一般發(fā)生在擋輪和軸接觸部位的根部，可能的原因有：
(1)承載力過(guò)大，窯除了有因傾斜放置而產(chǎn)生的下竄力外，還有因托輪軸向與窯中心線不平行，而額外產(chǎn)生的軸向力，該力的大小與托輪和窯中心線夾角有關(guān)，這兩個(gè)力合成為窯的下竄力。當(dāng)擋輪長(zhǎng)期承受較大的下竄力時(shí)，擋輪軸也相應(yīng)承受一個(gè)過(guò)大的交變彎曲應(yīng)力，此應(yīng)力一旦達(dá)到軸的疲勞極限就將導(dǎo)致軸失效。
(2)承受交變沖擊載荷，由于窯中心線發(fā)生彎曲或簡(jiǎn)體局部變形，導(dǎo)致輪帶軸向偏擺，擋輪壓力呈現(xiàn)周期性劇烈波動(dòng)，幅度有時(shí)會(huì)達(dá)N5MPa以上。如果經(jīng)常出現(xiàn)這種壓力劇烈波動(dòng)，將導(dǎo)致主軸承受過(guò)大的交變彎曲載荷，特別是將液壓系統(tǒng)關(guān)閉，擋輪用馬蹄鐵限位，作為死擋輪使用時(shí)，此時(shí)液壓系統(tǒng)不能再起到緩沖減震作用了，輪帶給擋輪的沖擊載荷變?yōu)閯傂詻_擊，更容易造成軸的彎曲疲勞斷裂。
(3)軸本身原因，如軸表面、內(nèi)部存在鑄造缺陷或裂紋，熱處理不當(dāng)內(nèi)部有殘余應(yīng)力，軸在補(bǔ)焊修復(fù)時(shí)操作不當(dāng)，另外若選材不合適，將同樣導(dǎo)致軸Z終因機(jī)械性能達(dá)不到實(shí)際要求而損壞。
3.3 擋輪上拔
擋輪和輪帶一般成一個(gè)錐角傾斜接觸，正常工況下，垂直于接觸面的正壓力會(huì)產(chǎn)生一個(gè)豎直向下的分力，輪帶給擋輪裝置一個(gè)向下的壓力。安裝時(shí)要求擋輪裝置相對(duì)窯中心線要偏向輪帶的旋人側(cè)，偏移量為3mm～5mm，如圖5所示，以確保輪帶?擋輪的作用力始終是向下的。但當(dāng)擋輪的安裝位置錯(cuò)誤，擋輪裝置的中心線偏向了輪帶的旋出側(cè)，或者窯的中心線發(fā)生彎曲變形，輪帶旋轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)向上帶擋輪。另外擋輪和輪帶的接觸面磨損不均、出現(xiàn)溝槽時(shí)，輪帶旋轉(zhuǎn)時(shí)也可能會(huì)給擋輪裝置向上的力造成擋輪上拔的現(xiàn)象。
3.4 擋輪與輪帶接觸面不圓或磨損過(guò)快
帶錐角的輪帶和擋輪接觸表面，理論上是純滾動(dòng)?觸的，應(yīng)該是均勻的磨損且磨損量較小。但當(dāng)擋輪的中心線與窯的中心線偏移量過(guò)大或窯中心線彎曲過(guò)大時(shí)，擋輪和輪帶的接觸表面除了純滾動(dòng)外還會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，造成接觸表面的不均勻或過(guò)快磨損，初始其表面會(huì)出現(xiàn)環(huán)狀磨痕。另外窯中心線不正，輪帶軸向偏擺量過(guò)大，或擋輪底座與窯中心線不平行，導(dǎo)致?lián)踺喒ぷ髅娉霈F(xiàn)局部接觸，或擋輪運(yùn)轉(zhuǎn)不靈，軸承異常，出現(xiàn)周期性丟速，擋輪和輪帶的材質(zhì)硬度偏低，也會(huì)造成擋輪與輪帶接觸面不圓或磨損過(guò)快。
3.5 液壓缸漏油或內(nèi)泄
有的擋輪液壓缸存在內(nèi)部密封失效、內(nèi)泄大、導(dǎo)向套磨損嚴(yán)重、易拉缸以及缸端蓋處有外泄等問(wèn)題，導(dǎo)致液壓缸不能正常工作，進(jìn)而擋輪裝置也無(wú)法推動(dòng)窯體上下竄動(dòng)，造成輪帶和托輪以及大齒圈和小齒輪表面磨損不均出現(xiàn)臺(tái)階。
3.6 系統(tǒng)壓力高、波動(dòng)大
擋輪液壓系統(tǒng)的壓力高，在排除液壓管路系統(tǒng)自身的原因后，一般是由于托輪與窯中心線不平行，給窯體向下的軸向力過(guò)大，或者托輪及小齒輪表面磨出臺(tái)階，母線不直造成的。當(dāng)窯的中心線變化，輪帶出現(xiàn)過(guò)量的軸向偏擺，或擋輪工作面不圓和磨損不一致，以及蓄能器里面氮?dú)獾膲毫^(guò)高或過(guò)低，都會(huì)造成擋輪的工作壓力波動(dòng)幅度過(guò)大，影響擋輪的使用壽命。
4 解決措施
(1)擋輪在安裝時(shí)要把握好關(guān)鍵尺寸，控制好偏差范圍，如擋輪和輪帶的接觸長(zhǎng)度、擋輪的斜度、擋輪橫向偏移量等。如果超出了要求范圍一定要及時(shí)糾正，否則后續(xù)運(yùn)行就會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。
(2)擋輪投入運(yùn)行后要定期測(cè)量、檢查：如窯中心線偏差是否超標(biāo)、擋輪與窯中心線的偏移量是否在要求范圍、底座的傾斜度是否正常、各處連接螺栓是否松動(dòng)。
(3)要控制好窯的下竄力即液壓擋輪壓力，一般在3.5～6MPa之間，超出范圍要及時(shí)調(diào)整，現(xiàn)場(chǎng)操作一般可通過(guò)調(diào)整托輪中心線與窯中心線的夾角，來(lái)達(dá)到所需的下竄力。
(4)擋輪軸承潤(rùn)滑應(yīng)有專人負(fù)責(zé)，若擋輪使用干油潤(rùn)滑，可從底部每周加油兩次，每次要加到有舊油從上面冒出為止。潤(rùn)滑油要有很高的粘度和抗極壓性能，如果使用浠油，一定要每班檢查一次油位，并盡可能地提高油位高度，溫度要控制在80℃以下，因?yàn)闇囟冗^(guò)高，油的粘度會(huì)隨之下降，軸承油膜變薄，易損壞軸承。
(5)軸承測(cè)溫信號(hào)要引入中控，運(yùn)行中可隨時(shí)監(jiān)測(cè)溫度變化，若溫度有連續(xù)上升趨勢(shì)，就要及時(shí)查找原因進(jìn)行處理，溫度一旦升高到一定值，軸承油膜就會(huì)變薄或消失，Z終導(dǎo)致軸承損壞，軸承溫度升高往往也是軸承損壞的前兆，現(xiàn)場(chǎng)可采取改變工藝操作和增設(shè)隔熱板、加快散熱、加注冷油等措施來(lái)處理。
(6)擋輪和輪帶工作面出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損或變形現(xiàn)象，要及時(shí)采取措施處理，如打磨、堆焊車圓、更換、找正等，使工作面恢復(fù)到初始狀態(tài)，盡量不要湊合運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)要注意改善其表面潤(rùn)滑，如果早期出現(xiàn)磨痕，可在擋輪表面定時(shí)噴涂高溫潤(rùn)滑脂，增強(qiáng)潤(rùn)滑效果，可有效減緩工作表面的磨損。
(7)如出現(xiàn)擋輪工作壓力波動(dòng)幅度過(guò)大，要及時(shí)查找原因，盡早處理，若屬筒體受熱不勻，溫差過(guò)大變形而導(dǎo)致輪帶偏擺、壓力波動(dòng)，就要及時(shí)調(diào)整煅燒操作，盡快使簡(jiǎn)體溫度趨于正常，減少筒體中心線的變形，使輪帶軸向跳動(dòng)恢復(fù)正常。蓄能器每半年要檢測(cè)一次，氣壓不足時(shí)要及時(shí)補(bǔ)壓。
(8)窯中心線Z好在1-2年內(nèi)由專業(yè)人員定期檢測(cè)一次，超出允許范圍時(shí)要及時(shí)調(diào)整，中心線變化會(huì)對(duì)擋輪受力造成影響，另外窯的托輪、輪帶、齒輪表面也要定期檢查，出現(xiàn)磨出臺(tái)階或回轉(zhuǎn)母線不直等現(xiàn)象時(shí)要及時(shí)打磨或車削處理，否則會(huì)導(dǎo)致?lián)踺喩细Z力過(guò)大，使擋輪存在損壞的風(fēng)險(xiǎn)。
(9)改進(jìn)液壓缸的結(jié)構(gòu)，液壓缸活塞處選用新型組合式密封件，在液壓缸上要設(shè)置排氣裝置，并應(yīng)選用專業(yè)廠家制作的液壓缸。
(10)要定期對(duì)擋輪的易損件進(jìn)行檢查維護(hù)，檢修中要避免對(duì)軸表面進(jìn)行焊接、烘烤等操作，以免改變內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)應(yīng)力集中，損壞擋輪主軸。每年大修時(shí)應(yīng)將擋輪裝置拆開，檢查軸承的磨損情況，更換已損壞零件，對(duì)軸承和擋輪軸承座內(nèi)部進(jìn)行徹底清洗，另外在更換軸承、螺栓等標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)，一定要到信譽(yù)好、質(zhì)量可靠的供應(yīng)商處采購(gòu)�？沙�—套擋輪的軸承以備損壞時(shí)及時(shí)更換。
5 結(jié)束語(yǔ)
本文針對(duì)液壓擋輪裝置在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常出現(xiàn)的一些故障和事故，結(jié)合在設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試維護(hù)過(guò)程中一些現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題的處理經(jīng)驗(yàn)，介紹了現(xiàn)場(chǎng)的一些解決措施和注意事項(xiàng)。
上述液壓擋輪裝置的故障和事故往往是相互聯(lián)系、互相作用的，所不同的是問(wèn)題出現(xiàn)的先后順序不一，所以在處理時(shí)必須要綜合考慮，全面解決，這樣才能有效降低擋輪的事故率。
若由于現(xiàn)場(chǎng)的工況造成擋輪的壓力一直很高，壓力波動(dòng)偏大，擋輪軸承頻繁損壞，也可考慮通過(guò)對(duì)擋輪裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高擋輪裝置軸承的承載能力和對(duì)具體工況的適應(yīng)性來(lái)加以解決。
來(lái)源：《新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào)》
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