摘 要：本文以燒結(jié)二次混合機(jī)振動(dòng)異常為研究對(duì)象，系統(tǒng)分析了其振動(dòng)原因，并制定出針對(duì)性的大修處理方案。通過對(duì)托輥檢查分析，發(fā)現(xiàn)一側(cè)托輥磨損嚴(yán)重，采用整體更換策略；針對(duì)輥道表面磨損點(diǎn)蝕引起的運(yùn)行失衡問題，進(jìn)行輥道車削；對(duì)小齒輪松動(dòng)的地腳螺栓重新澆筑地基；提出了新舊齒輪非對(duì)稱更換方案，再通過調(diào)整齒輪嚙合和受力分布，有效降低混合機(jī)振動(dòng)及成本。應(yīng)用上述方案后，燒結(jié)二次混合機(jī)振動(dòng)平均降低了35.6%，通過對(duì)施工工序并行化、合理化安排，使擬定的檢修工期縮短了36%，為同類型設(shè)備振動(dòng)故障診斷與處理方法提供了可行性的參考方案。

關(guān)鍵詞：混合機(jī)；振動(dòng)；故障診斷

1  引言

在冶金行業(yè)中，燒結(jié)二次混合機(jī)承擔(dān)著對(duì)一次混合機(jī)物料的進(jìn)一步混勻與制粒任務(wù)，使物料具備良好的透氣性、成分均勻分布等特征，其運(yùn)行的穩(wěn)定性對(duì)燒結(jié)礦的產(chǎn)量與質(zhì)量存在較大影響。

混合機(jī)在長期的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，因磨損、負(fù)載沖擊易產(chǎn)生振動(dòng)異常問題。在設(shè)備方面，振動(dòng)會(huì)加劇齒輪等關(guān)鍵部位的磨損，降低設(shè)備的使用壽命，以及設(shè)備的基礎(chǔ)開裂危及安全^[1]，使日常的維護(hù)、備件消耗與成本等面臨巨大的挑戰(zhàn)。在競爭激烈的市場(chǎng)環(huán)境下，間接降低了企業(yè)競爭力。在工藝方面，振動(dòng)會(huì)影響混合機(jī)的混勻及制粒效果，造成燒結(jié)過程工藝參數(shù)變動(dòng)及透氣性下降，導(dǎo)致燒結(jié)礦質(zhì)量及產(chǎn)量波動(dòng)。在生產(chǎn)方面，劇烈的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致設(shè)備位置發(fā)生變化，嚴(yán)重情況下需要停機(jī)處理。設(shè)備的頻繁維護(hù)及停機(jī)降低了設(shè)備的作業(yè)率，極大影響燒結(jié)工序的連續(xù)性、穩(wěn)定性與產(chǎn)能，最終影響高爐鐵原料的供應(yīng)，增加了因故障停機(jī)對(duì)企業(yè)造成的損失。根據(jù)行業(yè)統(tǒng)計(jì)分析，二次混合機(jī)因振動(dòng)問題引起的設(shè)備停機(jī)，每年給鋼鐵企業(yè)造成數(shù)百萬元的直接經(jīng)濟(jì)損失。

鄂鋼燒結(jié)混合機(jī)自投產(chǎn)來從未進(jìn)行大修，混合機(jī)長時(shí)間運(yùn)行產(chǎn)生巨大的磨損及振動(dòng)，導(dǎo)致近兩年混合機(jī)的檢修頻率逐步增加，日常的維護(hù)已經(jīng)無法從根本上解決混合機(jī)振動(dòng)偏大問題。故深入分析燒結(jié)二次混合機(jī)的振動(dòng)原因，并采取有效的處理方法，對(duì)保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行、工藝質(zhì)量提升、生產(chǎn)線連續(xù)性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文系統(tǒng)分析了二次混合機(jī)振動(dòng)的要因，并針對(duì)性地提出相應(yīng)的解決方案，為鋼鐵企業(yè)降低成本、振動(dòng)故障診斷提供了實(shí)踐參考。

2  振動(dòng)原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查和圖紙分析，分析混合機(jī)筒體振動(dòng)產(chǎn)生的原因如下：

（1）混合機(jī)非對(duì)稱的運(yùn)動(dòng)方式?；旌蠙C(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)始終沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，在負(fù)載狀態(tài)下，固定方向旋轉(zhuǎn)造成對(duì)物料的偏心攪拌，導(dǎo)致筒體整體受力不均而產(chǎn)生振動(dòng)。

（2）物料流量調(diào)整過程中變化。入口皮帶給料量均勻情況下，混合機(jī)處于穩(wěn)定狀態(tài)。在皮帶給料量調(diào)整時(shí)，物料的流量變化會(huì)打破混合機(jī)平衡狀態(tài)，從而引起振動(dòng)。

（3）潤滑不足。在混合機(jī)運(yùn)動(dòng)中，潤滑油可避免設(shè)備直接接觸，降低運(yùn)轉(zhuǎn)部位的摩擦系數(shù)。在設(shè)備啟停過程中，托輥表面形成的均勻油膜能吸收能量，減少設(shè)備間的緩沖。若潤滑設(shè)備或油質(zhì)異常，混合機(jī)在運(yùn)動(dòng)時(shí)將加劇磨損，導(dǎo)致混合機(jī)振動(dòng)。

（4）地基螺栓松動(dòng)?；旌蠙C(jī)長期運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，筒體的振動(dòng)由自身傳入地基，輕微情況下會(huì)引起螺栓螺母松動(dòng)，嚴(yán)重情況將對(duì)地基造成損壞，導(dǎo)致混合機(jī)底部的穩(wěn)定性降低而產(chǎn)生振動(dòng)。

（5）設(shè)備磨損疲勞?；旌蠙C(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中，隨時(shí)間延長磨損持續(xù)加重，對(duì)如齒輪等關(guān)鍵部位例影響最大[2]。托輥與輥道的磨損及點(diǎn)蝕（如圖1所示）導(dǎo)致其表面粗糙度變差，齒輪的磨損將造成嚙合尺寸、齒面接觸點(diǎn)變化，最終影響筒體整體的平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生振動(dòng)。

圖1 托輥表面點(diǎn)蝕

（6）安裝誤差?；旌蠙C(jī)安裝時(shí)，圖紙中包含設(shè)備的各尺寸及精度標(biāo)準(zhǔn)，若安裝過程中產(chǎn)生間隙或錯(cuò)位，關(guān)鍵部位的精度將受影響，長期運(yùn)行中會(huì)加劇設(shè)備磨損振動(dòng)。

（7）混合機(jī)的傳動(dòng)裝置為單側(cè)布置，齒輪傳動(dòng)過程對(duì)筒體產(chǎn)生不平衡的推力，使筒體產(chǎn)生徑向振動(dòng)，振動(dòng)幅度隨轉(zhuǎn)速升高而增大。齒輪嚙合、聯(lián)軸器對(duì)中等誤差會(huì)加劇振動(dòng)。

混合機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式與單側(cè)傳動(dòng)裝置布局會(huì)適當(dāng)增加筒體振動(dòng)，但不是造成此次平臺(tái)振動(dòng)與混合機(jī)自身振動(dòng)都偏大的主要原因，故第一項(xiàng)為次要原因。物料的沖擊會(huì)造成混合機(jī)短時(shí)間內(nèi)振動(dòng)波動(dòng)，物料粘連在襯板上會(huì)導(dǎo)致筒體持續(xù)性重量分布不均，但觀察到襯板僅少量粘料，故影響較小，因此第二項(xiàng)作為筒體振動(dòng)的次要原因。點(diǎn)檢發(fā)現(xiàn)，運(yùn)動(dòng)設(shè)備的油膜正常，大齒輪磨損嚴(yán)重但兩輥道與一側(cè)托輥上出現(xiàn)多處點(diǎn)蝕、疲勞，小齒輪地基螺栓有兩處松動(dòng)，因此排除第三項(xiàng)，確定第四、五項(xiàng)為筒體振動(dòng)的主要原因。燒結(jié)二次混合機(jī)自投產(chǎn)以來，從未進(jìn)行大修，故可以排除安裝誤差對(duì)混合機(jī)振動(dòng)的影響，排除第六項(xiàng)。

根據(jù)上述分析，混合機(jī)振動(dòng)的主要原因?yàn)榈谒?、五?xiàng)，次要原因?yàn)榈谝?、二、七?xiàng)。

3  混合機(jī)振動(dòng)處理方案

針對(duì)以上振動(dòng)因素，通過對(duì)混合機(jī)進(jìn)行全面大修，以解決混合機(jī)振動(dòng)偏大的問題。初步擬定的方案是為期25天的混合機(jī)大修，但考慮到生產(chǎn)損失、運(yùn)營成本、資源利用與企業(yè)競爭力等方面影響，對(duì)施工工序并行化、合理化安排，將工期降低至16天。混合機(jī)平面布局如圖2所示，本次混合機(jī)大修主要的工作包括磨損的輥道車削、西南角托輥更換及調(diào)整、小齒輪地基重澆筑、大齒圈磨損更換等方面，最后通過整體調(diào)試，降低混合機(jī)振動(dòng)以滿足生產(chǎn)要求。
 

圖2 混合機(jī)平面示意圖

3.1 輥道車削

在混合機(jī)振動(dòng)處理中，輥圈車削采用專業(yè)的技術(shù)方案，使混合機(jī)兩側(cè)的輥道修復(fù)后處于同一水平線上[3]。按照混合機(jī)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，筒體兩端輥圈的跳動(dòng)誤差應(yīng)≤2mm，大齒圈的徑向跳動(dòng)誤差應(yīng)≤1.5mm，由于輥道的車削精度最終影響筒體的運(yùn)動(dòng)軌跡，進(jìn)而影響大齒圈的跳動(dòng)，故車削時(shí)，筒體水平度與中心軸同軸度均應(yīng)≤1.5mm。按照施工方案要求，輥道表面徑向跳動(dòng)應(yīng)在1mm范圍內(nèi)。根據(jù)實(shí)際驗(yàn)收測(cè)量如表1所示，出料端棍道徑向跳動(dòng)以及軸向跳動(dòng)在10-20絲范圍內(nèi)，進(jìn)料端輥道徑向跳動(dòng)以及軸向跳動(dòng)在10絲范圍內(nèi)，均滿足驗(yàn)收要求。

3.2 托輥更換及調(diào)整

如圖3所示，按照設(shè)計(jì)要求，輥道接觸點(diǎn)連線與垂直方向成30°夾角，鋼托輥與中心線距離L=1390mm，且兩側(cè)托輥沿筒體中心線對(duì)稱，輥道的半徑為R₁,托輥的半徑為R₂。
 

圖3 混合機(jī)托輥與輥道接觸側(cè)面示意圖

首先將筒體中心線投射到托輥平臺(tái)上做一個(gè)記號(hào)，托輥按照此中心線調(diào)整距離。由于輥圈車削后直徑減小，故四個(gè)托輥與筒體中心線距離均要重新調(diào)整。按照要求，調(diào)整水平誤差為±1mm，高度誤差為±0.5mm。設(shè)車削前鋼托輥與筒體中心線水平距離為L，車削后鋼托輥與筒體中心線水平距離為L’，輥道實(shí)際車削量為t，輥道外圈半徑為R₁，剛托輥外圈半徑為R₂，則有：

由于托輥與筒體中心線距離的調(diào)整將影響齒頂間隙，故先粗調(diào)托輥與筒體中心線距離，待筒體回落后，再配合齒輪嚙合精調(diào)托輥與筒體中心線距離，實(shí)際調(diào)整以筒體的車削量為準(zhǔn)。

3.3 小齒輪地基重新澆筑

拆除小齒輪舊地基前，用水準(zhǔn)儀測(cè)量測(cè)量小齒輪底座兩側(cè)共8個(gè)螺栓位置高度，澆筑時(shí)先用千斤頂調(diào)整鋼結(jié)構(gòu)架高度與測(cè)量一致，再進(jìn)行澆筑。如圖4所示，由于混合機(jī)整體成1.5°的傾斜角，因此螺栓的位置有高度差，此高度差是保證小齒輪與大齒輪軸向平行的關(guān)鍵。

混合機(jī)小齒輪底座由8個(gè)螺栓固定，東西兩側(cè)各4個(gè)螺栓，測(cè)量結(jié)果如表2所示。東西兩側(cè)對(duì)應(yīng)螺栓理論上處于同一水平面，但實(shí)際測(cè)量中小齒輪西側(cè)地基沉陷，南北側(cè)落差正常，因此澆筑小齒輪地基時(shí)校正凹陷一側(cè)的地基至兩端水平。

3.4大齒圈更換及調(diào)整

大齒圈由兩個(gè)180°半圈組成，更換時(shí)用微動(dòng)系統(tǒng)將任一半齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)至混合機(jī)圓筒正上方，此時(shí)將筒體固定，防止轉(zhuǎn)動(dòng)，拆除連接螺栓，用吊車將半齒圈從筒體上吊起拆除，然后安裝新半齒圈，按照預(yù)留的粗調(diào)螺栓孔將其固定。再將筒體轉(zhuǎn)動(dòng)180°，用同樣的方法更換另一半齒圈。粗調(diào)大齒圈按照先徑向后軸向的順序，徑向調(diào)整是以筒體外圓為基準(zhǔn)，用千斤頂對(duì)大齒圈位置作適當(dāng)調(diào)整，調(diào)整的同時(shí)用鋼直尺測(cè)量大齒圈與筒體的相對(duì)距離，使其誤差控制在5mm之內(nèi)，軸向調(diào)整是以筒體外法蘭齒圈安裝面為基準(zhǔn)，調(diào)整連接螺栓，使大齒圈與筒體的結(jié)合間隙小于1mm。精調(diào)大齒圈要在小齒輪底座焊接百分表測(cè)量支架，用于精確測(cè)量大齒圈徑向跳動(dòng)與軸向跳動(dòng)，利用微動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)混合機(jī)，每轉(zhuǎn)動(dòng)一周測(cè)量八次數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)分析后，利用千斤頂調(diào)整大齒圈位置，重復(fù)以上操作，直至大齒圈徑向跳動(dòng)≤1.5mm。精調(diào)符合要求后，緊固普通螺栓，清理齒圈異物，對(duì)大齒圈進(jìn)行鉆孔并配鉸，每配鉸一鉸制孔后打入相應(yīng)的鉸制螺栓并緊固，完成后即可卸下所有千斤頂，并對(duì)大齒圈跳動(dòng)進(jìn)行再檢測(cè)。配鉆前后大齒圈跳動(dòng)值如表3所示，配鉆前大齒圈徑向跳動(dòng)誤差為1.05mm，配鉆后跳動(dòng)誤差為0.92mm，前后誤差相差不大且小于要求的1.5mm。

3.5 混合機(jī)整體調(diào)試

混合機(jī)整體調(diào)試要求保證齒輪良好嚙合，托輥對(duì)稱性及同軸度達(dá)到精度要求，再測(cè)量混合機(jī)試運(yùn)行振動(dòng)值，通過微調(diào)打磨等方式降低混合機(jī)振動(dòng)值，以滿足生產(chǎn)要求。

首先對(duì)小齒輪傳動(dòng)部分進(jìn)行校正，以未移動(dòng)的減速機(jī)一側(cè)為固定端，調(diào)整小齒輪位置。從減速機(jī)端焊接出一條橫桿，利用兩個(gè)千分表，同時(shí)測(cè)量小齒輪軸的徑向和軸向位置，利用微動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)減速機(jī)，每轉(zhuǎn)動(dòng)90°測(cè)量一次跳動(dòng)值，轉(zhuǎn)動(dòng)一周測(cè)量四次。根據(jù)徑向和軸向測(cè)量的跳動(dòng)值，利用墊片或螺栓調(diào)整軸跳動(dòng)，重復(fù)以上操作，直至低速軸跳動(dòng)值在要求的20絲以內(nèi)。測(cè)量結(jié)果如表4所示，徑向跳動(dòng)誤差為7絲，軸向跳動(dòng)誤差為12絲，均滿足校正要求。

固定小齒輪位置后，通過微調(diào)托輥來調(diào)整齒輪嚙合間隙。按照要求，齒頂間隙應(yīng)為0.25倍齒輪模數(shù)，大齒圈模數(shù)40，則齒頂間隙為0.25×40=10mm，但是實(shí)際考慮到大齒輪振動(dòng)問題，為提高齒輪的使用壽命，將齒頂間隙控制在14mm較為適宜。通過調(diào)節(jié)托輥與筒體中心線距離即可調(diào)整齒頂間隙。由于小齒輪為舊齒，故以小齒輪工作面測(cè)量齒側(cè)間隙結(jié)果不理想，無法保證齒輪的傳動(dòng)精度與振動(dòng)。而齒輪非工作面保留較為完整，因此以小齒輪非工作面測(cè)量齒側(cè)間隙，確保齒輪傳動(dòng)的準(zhǔn)確性。

齒側(cè)間隙確定后，由于小齒輪齒寬大于大齒圈，在長期的傳動(dòng)過程中，小齒輪工作面受壓變形，導(dǎo)致齒面中間凹陷而兩側(cè)突起，細(xì)微的軸向偏差會(huì)影響齒輪傳動(dòng)過程中兩側(cè)的平衡；小齒輪工作面的不均勻磨損減少了新舊齒輪嚙合的接觸點(diǎn)，此為新舊齒輪非對(duì)稱更換的難題。確定方案為，在齒輪上撒下紅丹粉，并轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪，觀測(cè)小齒輪接觸點(diǎn)情況，針對(duì)接觸點(diǎn)少于70%的齒面進(jìn)行打磨。方案實(shí)施后，雖然齒輪部分漸開線受損，但齒輪嚙合時(shí)接觸點(diǎn)增多，提高新舊齒輪嚙合的穩(wěn)定性，有效降低齒輪嚙合過程中引起的振動(dòng)。為使齒輪快速適應(yīng)，在齒輪運(yùn)行過程中添加磨合油，促進(jìn)齒輪磨合至平穩(wěn)狀態(tài)，進(jìn)一步降低混合機(jī)振動(dòng)。

混合機(jī)齒輪經(jīng)過一段時(shí)間磨合后，測(cè)量振動(dòng)值如表5所示，通過對(duì)混合機(jī)檢修前后負(fù)載時(shí)振動(dòng)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，軸向振動(dòng)并無明顯變化，在水平與垂直方向上，通過矢量計(jì)算得出，驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)降低了44.2%，非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)降低了27%，驗(yàn)證了此次檢修方案的有效性，從側(cè)面說明了新舊齒輪非對(duì)稱更換及調(diào)試措施可行性。

3  結(jié)語

本文針對(duì)燒結(jié)二次混合機(jī)振動(dòng)異?，F(xiàn)象，提出了基于新舊齒輪組合應(yīng)用的施工方案，該方案使混合機(jī)關(guān)鍵部位振幅平均降低了35.6%，通過對(duì)項(xiàng)目工序并行化安排及時(shí)間的合理化利用，使檢修工期比原定時(shí)間降低了36%。為同類型設(shè)備的修復(fù)提供了可行的解決思路。

通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)結(jié)合在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)異常原因進(jìn)行了系統(tǒng)分析，確定了磨損疲勞及地基螺栓松動(dòng)為此次混合機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)的主要原因。在檢修方案制定時(shí)，突破傳統(tǒng)成對(duì)更換齒輪的思維定式，提出僅更換大齒輪而保留舊小齒輪的優(yōu)化策略。通過對(duì)新舊齒輪材料性能、齒形參數(shù)的匹配性分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試優(yōu)化，大幅降低了設(shè)備成本與檢修工期。同時(shí)構(gòu)建了混合機(jī)振動(dòng)的“故障診斷-方案設(shè)計(jì)-調(diào)試優(yōu)化-實(shí)施驗(yàn)證”的全流程治理體系，為同類設(shè)備故障診斷與處理方法提供了實(shí)際參考。方案實(shí)施后，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性得到保障，滿足了燒結(jié)生產(chǎn)連續(xù)化、高效化的工藝要求。

盡管本研究初見成效，但受條件與周期限制，新舊齒輪長期服役后的磨損規(guī)律及動(dòng)力學(xué)性能變化仍需進(jìn)一步跟蹤研究。未來探索智能化監(jiān)測(cè)技術(shù)在混合機(jī)中的應(yīng)用[4]，以及基于大數(shù)據(jù)與人工智能的設(shè)備故障預(yù)測(cè)方法^[5]，能為燒結(jié)設(shè)備的智慧化運(yùn)維提供更完善的解決方案。

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