礦物磨機開式齒輪不對中檢測及調整方法研究

導讀：開(kai)式齒輪是礦(kuàng)物磨機的關(guān)鍵部件，不對(duì)中是🏃‍♂️運行過(guò)程中常見的(de)問題。大小齒(chǐ)輪不對中會(huì)使局部齒面(miàn)出現偏載，若(ruo)檢測或調整(zhěng)方法不當，會(hui)造成齒面損(sǔn)傷甚至斷齒(chǐ)，嚴重縮短齒(chǐ)輪的使用壽(shou)命。結合礦物(wu)磨機開式齒(chi)輪維護實踐(jiàn)經驗，介紹了(le)在線齒面溫(wen)差和軸承座(zuò)振動的不對(duì)中檢測方法(fǎ)，并對如何通(tong)過側隙和墊(niàn)片高效地調(diao)整開式齒輪(lún)角度不對中(zhong)進行了研究(jiu)與總結，爲科(ke)學檢測、高效(xiao)調整🍉提供了(le)指導。

由于礦(kuàng)物磨機開式(shi)齒輪傳動工(gōng)況比較惡劣(liè)，特别♈是💜出🔞現(xian)不對中時，局(jú)部齒面承受(shòu)高載荷，導緻(zhì)齒面過早出(chū)現㊙️點蝕或裂(lie)📐紋，大☁️大縮短(duan)了齒輪的使(shi)用壽命；當偏(piān)載過大時，大(da)齒輪齒面甚(shen)至出現斷裂(lie)失效。根據國(guo)内案例，采用(yòng)堆焊修複一(yi)個斷齒所需(xū)時間約爲 3~6d；如(rú)需更㊙️換齒輪(lun)，在人員、器具(ju)和齒輪備件(jian)準備到位的(de)前提下，也至(zhì)少需要15d；而且(qie)修複後的使(shǐ)用效果存在(zai)不🌏确定性，爲(wèi)生産運營帶(dài)來了巨大的(de)經濟損失。

(2) 在礦(kuang)物磨機運轉(zhuǎn)時，随着時間(jian)的推移，主軸(zhou)承、小齒輪軸(zhou)🔅等不同部位(wèi)地基沉降不(bu)均，影響開式(shì)齒輪的對中(zhōng)狀況🥰；另外，不(bú)可避免的振(zhen)動導緻固定(dìng)軸承座💞的螺(luo)栓轉矩出現(xian)降低，受啓動(dòng)🆚過程中🐆的瞬(shun)時沖擊影響(xiang)，小齒輪軸組(zǔ)底闆相對大(dà)齒輪也可能(néng)發生移位。

實(shi)際生産過程(chéng)中，經常出現(xiàn)因開式齒輪(lun)不對中檢測(ce)方法不當，沒(mei)有及時發現(xian)并采取措施(shi)，造成齒輪斷(duàn)齒🔱的設備事(shì)故。當齒輪出(chu)現偏載時，在(zai)實施調整✨過(guò)程中，由于生(shēng)📧産計劃緊張(zhang)，要求一次性(xing)高效完成調(diào)整，并達✔️到規(gui)定的溫度偏(piān)差範圍，這更(gèng)是一個普📱遍(bian)存在的技🈲術(shu)難題。有時采(cǎi)用了錯誤的(de)調整方法，進(jin)一步加劇了(le)🔴齒面偏載，不(bu)僅因返工增(zēng)加了非計劃(huà)檢修時間，還(hai)可能對大齒(chi)輪齒面造成(chéng)永久性的損(sun)傷。筆者針對(dui)以上問題分(fen)别進行了深(shen)入分析、研究(jiu)與總結，爲科(ke)學合理💋檢測(cè)、正确高效調(diao)整不🍓對中提(tí)供正确指導(dao)。

1 不對中的檢(jiǎn)測方法介紹(shào)

開式齒輪不(bu)對中的檢測(ce)方法通常分(fen)爲離線檢測(cè)方法和在線(xiàn)檢測方法。離(li)線檢測方法(fa)包括測量側(ce)隙法和接觸(chu)面積法；在線(xian)檢測方法包(bāo)括在線齒面(mian)溫度測量法(fǎ)和在線軸🧑🏾‍🤝‍🧑🏼承(chéng)座振🍉動測量(liàng)法。筆者僅介(jiè)紹在線檢測(ce)的方法。

1.1 在線(xian)齒面溫度測(ce)量法

開式齒(chǐ)輪不對中将(jiāng)導緻沿整個(gè)齒面負載分(fen)布不均，并在(zài)高🐇負載點産(chǎn)生高的運行(háng)溫度。當齒面(miàn)溫度較均勻(yun)時，表明齒面(miàn)承受均勻的(de)載荷，也表明(míng)齒輪處于較(jiào)佳對中狀态(tai)。

通常選用小(xiao)齒輪而不是(shi)大齒輪齒面(mian)溫度來判斷(duan)開式⁉️齒🚶輪是(shi)🐇否出現不對(dui)中現象。這是(shì)因爲實際運(yùn)🔴行時💔，發現大(da)齒輪齒面溫(wēn)度和偏差均(jun)比小齒輪的(de)更小，無法敏(min)感地反映齒(chǐ)輪不對中的(de)問題；同時，受(shou)大齒輪安裝(zhuāng)精度的影響(xiǎng)，不同位置大(dà)齒輪齒面的(de)溫度分布也(ye)不一緻。圖 1 和(he)圖 2 是某運行(hang)中磨機大齒(chǐ)輪和小齒輪(lún)的💋熱成像圖(tu)。圖 1 顯示小齒(chǐ)輪齒面溫度(dù)偏差約 10.6 ℃，齒面(mian)最高溫度爲(wei) 58.7 ℃。圖 2 顯示大齒(chǐ)輪齒面溫度(dù)偏差小于 1.0℃，齒(chi)面最高♌溫度(du)爲 38.0 ℃，比小齒輪(lún)👨‍❤️‍👨齒面最高溫(wen)度低了 20.7 ℃；同時(shí)，相鄰時刻拍(pāi)攝的兩張大(dà)齒輪齒👌面的(de)溫度分布也(ye)略有不同。

圖(tu)1 某運行中磨(mó)機小齒輪齒(chi)面熱成像

圖(tu)2 某運行中磨(mó)機大齒輪齒(chi)面熱成像

小(xiǎo)齒輪齒面溫(wen)度通常是利(li)用齒輪罩上(shàng)安裝的 3 個紅(hong)外🈲測溫傳感(gǎn)器實現在線(xian)測量的，如圖(tú) 3 所示。利用手(shou)持測溫槍定(ding)♉期從觀察門(men)處測量齒面(miàn)溫度，并與♋紅(hóng)外測溫傳感(gǎn)器數據進行(hang)比🧡對，确保在(zai)線監測數💰據(ju)準确性也非(fei)常有必要。同(tong)時，熱成像儀(yi)作爲專業監(jiān)測工具，能夠(gou)提供更加直(zhí)觀全面的溫(wēn)度分布信息(xī)。例如，繪制沿(yán)齒寬方向某(mǒu)位❄️置溫度曲(qu)線，獲取任一(yi)點、線或區域(yu)處的最高、最(zuì)低和平均溫(wēn)度，如圖 4 所⭕示(shi)。可以看出，監(jiān)測位置的最(zui)高溫度爲 67.61 ℃，最(zuì)❤️低溫度爲58.10 ℃，平(píng)均溫度爲 64.70 ℃。

圖(tu)3 安裝在齒輪(lun)罩上的紅外(wài)測溫傳感器(qi)

1.2 在線軸承座(zuò)振動測量法(fa)

由于磨機開(kai)式斜齒輪的(de)縱向重合度(du)通常大于 1，傳(chuán)動比較平穩(wen)😍，使軸承座上(shang)的振動值無(wú)法敏感地反(fan)🆚映齒🔞輪副的(de)不對中狀态(tai)，僅可作爲一(yī)個參考的檢(jian)測方法。表 1 所(suo)列爲某台🏃🏻‍♂️磨(mó)機 4 種不同溫(wēn)度偏差下，兩(liǎng)種齒輪齧合(hé)頻率的小齒(chi)輪軸㊙️組水平(píng)方向軸承座(zuo)振動數據。該(gāi)數據顯示齒(chi)面溫度偏差(chà)與振動值沒(mei)有較大的相(xiàng)🐆關性，即使明(míng)顯不對中的(de)齒輪，其🌈齧合(he)頻率的 2 倍頻(pín)振動值也較(jiao)低。表 2 所列爲(wèi)調整不對中(zhong)前後齒面溫(wen)度偏差🛀與軸(zhóu)承座振動數(shù)據。可以看出(chu)，4 組不對中🧑🏽‍🤝‍🧑🏻的(de)開式齒輪在(zai)調整後溫度(du)偏差均至少(shao)🌏減少 80%，而軸承(cheng)座振動速度(du)值大部分降(jiang)幅在 15% 以上。

表(biao)1 水平方向軸(zhou)承座振動數(shu)據

表2 調整不(bú)對中前後齒(chi)面溫度偏差(cha)與軸承座振(zhèn)動數據

2 不對(dui)中的調整方(fāng)法研究

開式(shì)齒輪不對中(zhōng)通常表現爲(wei)平行不對中(zhong)、角度不對中(zhōng)❗以及🌈綜合不(bu)對中，不同的(de)形式産生不(bú)同的影響，需(xū)要采取對應(yīng)的措施🐕進行(hang)調整。

2.1 平行不(bu)對中

平行不(bú)對中在設備(bei)實際工況中(zhong)發生較少，影(yǐng)響相💞對較小(xiǎo)，在此不進行(háng)深入研究。平(píng)行不對中主(zhu)要表現爲在(zài)水🍓平方向上(shang)小齒🏃輪與大(da)齒輪齒面兩(liang)端側隙值或(huò)頂隙值比較(jiào)一緻，但兩齒(chǐ)輪設計節圓(yuán)相對位置出(chū)現㊙️重疊或者(zhě)🌈距離過大，有(yǒu)時會造⛷️成異(yì)常振動、齒面(mian)溫度過高等(deng)問題，通過整(zheng)體平移即可(ke)調整💋到位。

2.2 角(jiao)度不對中

角(jiǎo)度不對中會(huì)造成沿齒向(xiàng)的載荷分布(bù)不均，齒面溫(wen)🌍度☔産生偏‼️差(cha)。角度不對中(zhōng)又分爲水平(píng)角度不對中(zhōng)和豎直角度(du)不對中，如圖(tu) 5、6 所示。

圖5 水平(píng)角度不對中(zhong)示意

圖6 豎直(zhí)角度不對中(zhōng)示意

2.2.1 水平角(jiao)度不對中

水(shui)平角度不對(dui)中時，小齒輪(lun)與大齒輪齒(chǐ)面兩端側隙(xi)值出❗現明顯(xiǎn)的差值，可通(tōng)過移動一側(ce)軸承座使側(ce)隙值達到一(yi)緻，實現載荷(hé)的均勻分布(bu)，最終表現爲(wèi)均勻的齒面(miàn)溫度。爲了确(que)定水平移動(dòng)量，達到僅一(yi)次調整便使(shǐ)側隙值接近(jìn)一😄緻的目的(de)，需掌握軸承(cheng)座水平移動(dong)與側隙值量(liàng)化關系。圖 7 所(suǒ)示爲側隙📐的(de)測量方式。需(xū)注意的是，受(shòu)白🌂天與夜晚(wan)環境溫度和(he)大齒輪端跳(tiao)與♍徑跳的影(ying)響，個别位置(zhi)的側隙值大(dà)小會出現波(bo)動，但應使圖(tu) 7 中測得的齒(chi)側隙值 x1+x2 (齒向(xiang)左側接觸面(mian)和齒隙面 2 個(ge)側🐅隙值之和(hé)) 與 x3+x4(齒向右側(cè)接觸面和齒(chǐ)隙面 2 個側隙(xi)值之和) 的差(cha)🚶‍♀️值盡量小🏃🏻，且(qie)接觸側無間(jiān)隙。

式中：Δs 爲小齒(chi)輪軸水平移(yi)動距離，mm；θ 爲大(dà)、小齒輪安裝(zhuang)🌐角，(°)；αn 爲齒輪法(fǎ)向壓力角，(°)。

例(li)如，小齒輪軸(zhóu)一側水平移(yi)動距離 Δs=1 mm時，假(jiǎ)設 θ =14°，αn=25°，此時 jbn=0.9 mm，即🥵節(jiē)圓處🏃🏻‍♂️的側隙(xi)變化值爲 0.9 mm。

2.2.2 豎直角度不(bu)對中

當小齒(chǐ)輪與大齒輪(lun)齒面兩端側(cè)隙值和頂隙(xi)值基㊙️本一緻(zhì)時，齒面溫度(dù)仍顯示偏差(chà)，可判斷爲豎(shu)直角度不對(duì)中。此時，需要(yào)🤟将小齒輪在(zai)豎直方向進(jìn)行上下調整(zhěng)來保證兩端(duān)齧合承載均(jun)勻性。現場搜(sōu)集若幹組豎(shù)直角度不對(duì)中齒輪，對🍓其(qi)調整前後的(de)溫度❓偏差變(biàn)化、調整量和(he)磨機實際運(yun)行功率進行(hang)數據❤️分析與(yǔ)研究，筆者提(ti)出了經驗回(huí)歸公式

式中(zhōng)：S 爲所需的墊(nian)片調整量，mm；ΔT 爲(wèi)需要調整的(de)溫差值♊，℃；Lr 爲磨(mo)機的🏒長徑比(bi)，P1 爲實際運行(háng)功率，kW；Pn 爲磨機(ji)額定裝機功(gōng)率，kW。

式 (2) 考慮了(le)磨機規格不(bu)同長徑比以(yǐ)及在不同載(zǎi)荷❗下的筒🎯體(tǐ)撓度對溫度(dù)偏差的影響(xiǎng)，能夠較爲可(ke)靠✨地确定在(zai)豎直📐角度❓不(bú)對⭐中情況下(xia)小齒輪軸組(zu)的❤️調整量。結(jié)合表 3 中的 7 組(zu)實際數據，利(lì)用式 (2) 計算墊(nian)片💛調整量，結(jié)果與實際墊(niàn)片調整量最(zui)大差值小于(yu) 0.05 mm，對✌️比曲線如(rú)圖 9 所示。滿足(zú)現場調整的(de)施工和精度(du)需求。

表3 僅使(shǐ)用墊片調整(zhěng)前、後齒面溫(wēn)度偏差數據(jù)

圖9 實際的墊(nian)片調整量與(yu)計算的墊片(pian)調整量比較(jiào)

3 讨論

開式齒(chǐ)輪不對中的(de)調整是一個(gè)精密操作的(de)過程，需要使(shi)用百分表記(jì)錄，并确認固(gu)定端和遊動(dòng)端軸承座在(zai)調整過程中(zhōng)的實際位移(yí)量。同時，需考(kǎo)慮軸承遊隙(xì)、軸承座螺栓(shuān)緊固順序、小(xiǎo)齒輪軸與電(dian)動機或減速(sù)器的同軸度(dù)☁️等因素，結果(guǒ)易受操作者(zhě)水平🌈的影響(xiang)。特别🔞是當電(dian)動機💚無法調(diào)整時，在調整(zheng)小齒⛹🏻‍♀️輪時，需(xū)要綜合考慮(lü)對應聯軸器(qi)同軸度，避免(mian)開式齒輪對(duì)中調整後，由(yóu)聯軸器同軸(zhou)度超标導緻(zhi)異常🐆振動問(wèn)題。

4 結論

開式(shì)齒輪的不對(dui)中是磨機運(yun)行中的常見(jiàn)問題，該問題(ti)㊙️的出現㊙️不利(lì)于大齒輪長(zhang)期穩定運行(hang)，嚴重時短期(qi)😄内可能對齒(chi)輪造成直接(jiē)損壞。通過在(zai)線齒面溫度(dù)檢測法，可🐆及(jí)時地㊙️發現不(bú)對中問題。針(zhen)對常見的角(jiǎo)度不對中情(qing)況，水平和豎(shù)直方向調整(zheng)小齒輪軸承(cheng)座是最🧡有效(xiao)的解決方法(fa)。需要注意的(de)是，在調整開(kāi)始前，需确定(ding)溫度偏差是(shi)♈否由不對中(zhōng)導緻，以及不(bú)對中的具體(tǐ)類型。

針對水(shui)平角度不對(dui)中情況下調(diao)整側隙的要(yao)求，爲了高💔效(xiao)準确地實施(shī)調整，結合磨(mo)機齒輪的幾(jǐ)何結構，确🔞定(ding)了小齒輪軸(zhóu)水平移動量(liang)與側隙變化(hua)量的關系式(shi)。

對豎直角度(dù)不對中情況(kuang)下如何确定(ding)調整墊片厚(hou)♊度的🎯難點，結(jie)合 7 組現場實(shí)際調整數據(ju)，綜合考慮了(le)🏃磨機規格的(de)不同長徑比(bǐ)以及在不同(tóng)載荷下的筒(tong)體撓度對溫(wen)度偏差的影(ying)響，提出了可(ke)量化經驗回(huí)歸公式。利用(yòng)該公式計算(suan)的墊♍片調整(zheng)量與實際墊(nian)片調整量最(zuì)大差值小于(yu) 0.05 mm，滿足調整的(de)精度需求。還(hái)可根據更多(duo)現☔場數據，驗(yàn)證和修正計(jì)算調整墊片(piàn)厚度的經驗(yàn)回歸公式，降(jiang)低開式齒輪(lun)調整的技術(shù)🌈難度，節約調(diao)整工作的時(shí)長，爲齒輪副(fu)長期安全平(ping)穩運行創造(zao)有利條件。

由(yóu)于各磨機工(gong)況不同，當采(cǎi)用以上方法(fa)不便或調整(zheng)效果不理想(xiǎng)時，需使用着(zhe)色劑查看開(kai)式齒輪實際(ji)接⛹🏻‍♀️觸情況，分(fen)析原因并采(cai)取其他相應(yīng)措施。