辊压机轴承的防护与修复设计报告

辊压机轴承的防护与修复设计报告
一、简述
水泥工业是世界上公认的耗能大户，在水泥生产过程中，需要消耗大量的能量。

我国又是能耗很高的国家，可见节能在我国水泥工业中具有特殊的意义。

在水泥厂中，每生产一吨水泥需要粉磨的各种物料就有3-4吨之多。

粉磨生料、熟料和原煤等的电能消耗占工厂总电能消耗的60～70%。

粉磨成本占水泥生产总成本的35%左右。

我国是世界上水泥生产大国，水泥产量位居世界第一，并仍保持高速增长。

水泥工业又是耗能大户,所以使用辊压机的意义十分重大。

为适应这种需要，不少设计制造单位也研制开发了各种类型的辊压机，并已投入生产使用，均取得了明显的节电效果。

辊压机，是国际80年代中期发展起来的新型水泥节能粉磨设备，辊压机工作原理，主要依靠两个水平安装且同步相向旋转的挤压辊进行高压料层粉碎。

被封闭的物料层在被迫向下移动的过程中所受挤压力逐渐增至足够大，直至被粉碎且被挤压成密实料饼从机下排出。

料饼中含有大量的细粉，其中小于90 m的成品细小颗粒约占20～30%，粗颗粒的内部结构已被破坏，产生许多微裂纹，易磨性很高。

具有替代能耗高、效率低管磨机预粉磨系统，并且降低钢材消耗及噪声的功能，相比球磨机系统产量提高30—50%。

二、辊压机常见故障及处理
1. 辊面损坏
辊面损坏包括：辊面产生裂纹，辊面凹坑或辊面硬质耐磨层剥落。

辊面损坏辊压机的辊面是由几层复合金属堆焊而成，辊子的基体是合金锻钢制作，在过渡层上堆焊洛氏硬度＞50的合金硬化层，在硬化层上再堆焊更硬的耐磨花纹。

为了使辊面寿命＞8000～10000h，最表面的耐磨花纹硬度可达60～65HRC，以提高耐磨性能。

辊面损坏的原因：
（1）辊压机在生产运转过程中，辊压机辊面的损坏是一种较常见的现象。

其主要表现为辊面产生裂纹，扩展为裂缝，导致辊面硬质耐磨层的剥落。

从辊压机的工作状况可以看出，辊面的磨损类型属于典型的高应力磨料磨损。

在磨料磨损过程中，物料颗粒在压力作用下会使辊面产生弹性和塑性变形，从而在辊面亚表层不同深处会形成循环压应力和拉应力，当循环应力超过辊子材料的疲劳强度时，将会在表面层引发裂纹。

在循环载荷作用下，亚表层的塑性变形继续发展，在离开表面一定深度的位置也将萌生裂纹，并逐步扩展。

当裂纹扩展后，使裂纹以上的材料断裂剥落，这种现象就是疲劳磨损。

所以，辊子的磨损机理是辊面的高应力磨料磨损和辊面亚表层的疲劳磨损共同作用的结果。

（2）由于在运行过程中，在喂入辊压机的物料中会混入金属杂物或有玻璃等硬质物料。

在两个辊子间强大的粉磨力作用下，金属杂物就有可能直接破坏辊面，使辊面产生凹坑或硬质耐磨层崩落。

由于这硬化层非常坚硬，相对来说韧性就差些，因而最怕硬碰硬，导致硬化层的微裂纹扩展和硬化层崩落最终产生辊面缺陷。

如果情况严重，将直接影响辊面寿命，缺陷的增多，直接影响辊压机产生的料饼质量而达不到预期的辊压效果。

（3）设备本身制造存在缺陷。

辊面损坏后，处理方法：
（1）在线修复，在堆焊过程中注意控制好温度。

（2）离线修复。

2.轴承损坏及轴承位磨损
辊压机轴承损坏辊压机的四个轴承是整台设备的关键零件，辊压机粉碎物料的粉磨力通过液压缸施加于轴承座推动辊子以及由电机驱动使得压辊转动，这都需通过轴承才得以实施。

轴承是辊压机的关键部件，一旦轴承发生事故，则辊压机就得停机，产生严重后果。

轴承损坏的原因是多方面的：
（1）轴承本身的制造质量问题；
（2）有可能是过载、负荷加剧造成的，如：设定工作压力过高、两辊转速不同、料饼过厚、液偶加油量不等等原因；
（3）振动过于剧烈也有可能造成轴承损伤，引起振动的原因是多方面的，如：①物料中细粉含量过多（如粒径5mm以下物料含量达到50％以上）；②入辊压机物料过于密实，物料形成料饼时由于孔隙率的降低，排出的气体无法通过上部的物料排出；③通过辊压机时，辊压机入料口被异物堵塞或稳料仓料位低引起的下料不均等；
（4）有可能安装不当留下隐患，如：①两辊中心线不平行或虽平行但不在同一水平面上；②两辊间限位挡块过薄，空转时可能引起两辊面接触等原因；③安装时，轴承游隙的过盈量未达到的要求的数据，即0.25~0.35mm；
（5）有可能两端辊缝偏差较大，且长期持续运行。

引起辊缝偏差的原因，笔者认为不外乎以下几种：①控制系统有问题，两端压力不等，且长时间不能调节；
②物料本身的问题，物料进入缓冲仓后，产生程度不等的离析现象，粒度分布不均的物料进入辊压机后，辊子两端受力不均，辊缝偏差必将产生；③侧挡板一侧失效，物料在辊子两端通过量不等，不受限的一侧通过量大且压力偏低；④入料口沿辊子方向宽度偏差较大或入料口一侧被异物堵塞，造成物料通过两辊间隙时，辊子两端通过量不等；
（6）轴承冷却不良，循环冷却水不畅或冷却水量不足可能引起轴承温度过高而损坏；
（7）对于采用干油润滑的系统而言，轴承密封失效、干油供应不足等可能造成轴承润滑不良，从而损坏轴承。

（8）油品变质、油品进灰，造成轴承损坏。

为防止轴承损坏，要做好以下几个方面：
（1）购买轴承时严格控制轴承质量；
（2）保证控制系统正常有效工作；
（3）辊压机开始喂料时，开始先加一定压力，在物料将辊压机撑开一定的辊缝时，再开始加压到工作压力，这样动辊的移动量不是从最小到最大，可以有效减小震动；
（4）轴承安装时，①必须严格控制轴承游隙的过盈量；②保证两辊中心线平行且在同一水平面上；③对于不同规格的辊压机，挡块厚度亦应不同。

笔者认为，应以辊压机空转时，两辊面不相蹭为原则，一般讲，以18—30mm为宜；
（5）关于工作压力，理论上讲，最佳的有效范围在30—150MPa，应根据不同厂家不同型号调整为宜；
（6）物料方面，尽量减少细粉含量，粒径在20—25mm的颗粒含量在60％以上为宜；
（7）采取措施，尽量控制辊缝偏差，如在稳料仓上部加布料器、内部加溢流箱、仓内加隔离板等措施；
（8）保证物料通过量可以自由调节；
（9）加强滑润管理和现场管理。

规范的设备管理和良好的环境是保证润滑系统正常工作的必要条件。

辊压机圆锥孔轴承安装要求：
（1）对于圆锥孔轴承，锥度一般为1:12大锥度和1:30小锥度两种，首先试装轴承，将轴承竖直吊起，慢慢配合在锥度轴上，锥度轴预先用红丹粉沿轴向涂抹几条测试印迹，然后把轴承吊离开，观察红丹粉接触痕迹，保证接触面积在75%以上，否则修磨轴直至达到配合面积。

（2）继续预装圆锥孔轴承，将轴承安装到轴上后，测量轴承内侧端面与辊压机滚身轴肩尺寸，需要精确测量，用块规和塞尺测量，需要圆周方向测量4点取其平均值，假设为R。

因为轴承内侧端面与辊身轴肩之间在实际装配中需要有密封隔环，宽度为r，因此需要修磨隔环宽度，三者之间关系为r=R-a，其中a为轴向推进量。

（3）轴向推进量a需要符合附表技术要求。

（4）将轴承装在轴承座中，吊装轴承座装配在锥度轴上，通过轴承的外端压盖与轴端的台阶尺寸来测量轴向的推进量，此推进量也即为上面的a值（轴向推进量）。

（5）保证轴承轴向推进量a到位时，轴承内侧端面与密封隔环紧贴在一起，并且此时内圈的膨胀量和剩余游隙符合下表要求值。

轴承位磨损磨损及修复：
随着生产企业对于设备的连续化要求的不断提高，设备出现的问题相应随之增加，超负载负荷的运行，加剧设备的损坏程度。

轴承位在承受各种作用下出现疲劳磨损，导致轴与轴承配合出现间隙，而产生相对运动磨损。

以HFCG160*140立磨减速机为例，轴承位的磨损造成了整条线的停机，采用索雷工业的产品和技术修复，仅用6个小时时间，就满足立磨减速机开机条件，为企业恢复生产赢得了时间；并且修复费用低廉。

修复设备数据：轴颈：600-900mm；轴承位轴：487mm；轴承位单边磨损：3-5mm；工作温度：65-85℃1:12锥，轴承型号：232/600CAKF1w33。

修复原理：因金属材质为“常量关系”，虽然强度较高，但抗冲击性以及退让性较差，所以长期的运行必造成配合间隙不断增大造成轴磨损，同时又具有金属所不具备的退让性（变量关系），利用复合材料本身所具有的抗压、抗弯曲、延展率等综合优势，可以有效地吸收外力的冲击，极大化解和抵消轴承对轴的径向冲击力，并避免了间隙出现的可能性，也就避免了设备因间隙增大而造成相对运动的磨损，所以针对轴与轴承的静配合，索雷工业高分子聚合物金属修复材料不是靠“硬度”来解决设备磨损的，而是靠改变力的关系来满足设备的运行要求。

因此，修复后的设备不仅自身的使用周期会延长，而且轴承的寿命周期也会延长。

3. 辊子轴及减速机中空轴拉伤
辊压机的动力是由电机通过减速机传递给辊子的，而辊子和减速机是通过锁紧盘固定的。

锁紧盘是靠拧紧高强度螺栓使包容面产生的压力和摩擦力实现负载传送的一种无键联结装置。

磨损原因
辊子和减速机中空轴配合间隙过大，则可能出现缩紧盘虽然按额定力矩安装
好了，但是减速器输出轴轴孔和辊压机辊子轴头的配合面却无法产生要求的压强的情况。

在这种情况下，带料工作时，减速器的空心轴和辊子轴头的配合面可能会产生相对转动，这会严重损伤辊子轴头和减速器输出轴，并可能导致配合面胶合，造成重大损失。

避免措施
为了保证一定的扭矩和轴向载荷值，一定要按规定的拧紧力矩锁紧。

安装辊压机时，如果未按锁紧盘所要求的数据拧紧螺丝，则有可能造成辊压机轴和减速机中空轴滑动，使辊压机轴和减速机中空轴拉伤，并可能导致配合面胶合，造成重大损失。

安装减速器前，擦净辊压机轴头和减速器出轴内孔，并进行脱脂处理，应保证减速器输出轴内孔无油污。

减速器安装到位后，用力矩扳手逐渐拧紧缩紧盘联
接螺钉。

拧紧方法是按照等边三角形顺序逐次拧紧，首次拧到额定力矩值MA的l/4，然后逐次增加l/4额定力矩值拧紧，在拧紧过程中必须保持2个外压盘相互平行，这一点十分重要。

然后再按额定力矩值重复拧紧，确保每个螺钉都达到额定力矩MA.。

磨损后应对措施
辊压机轴头和中空轴一旦拉伤，企业传统维修方法一般是将轴拆出，由外协进行维修热喷涂和冷焊处理。

由于辊压机和减速机体积大重量沉，由此产生的拆卸装运费用高，另外由于维修时间长，严重影响企业的连续生产。

索雷工业技术以及索雷系列高分子先进聚合物材料，所具有钢的强度和硬度，同时也有钢所不具有的优良退让性。

利用索雷工业“工装法”、“基准刮研法”、“基准定位法”进行现场修复，使部件配合面达到100%。

三、故障分析
1.原因分析。

大多数轴承损坏的原因除润滑不良外，还包括承载能力不足超负荷等外界因素。

为此我们从这几个方面进行了分析：
（1）超负荷：经过计算，该关节轴承部位所承担的最大负荷约为 1975kN，而该轴承额定承载能力为10600KN。

由此可确定，该轴承的损坏与负载过大无关；（2）非正常冲击或管理不到位：该门机开始使用至轴承损坏过程中，时间较短，期间没有出现过可能导致轴承损坏的因素，如非正常冲击或长时间不予润滑等情况。

由此可以确定，并非意外因素或管理不到位造成轴承损坏；
（3）润滑情况：门机的润滑系统采用的是“上海五丰电液成套工程有限公司”设计的干油集中润滑系统。

①系统结构：该系统将门机分为臂架系统（大臂与象鼻梁）、人字架系统、旋转大轴承三部分进行交替润滑（每部分有两个总管路）。

此关节轴承为门机大臂与象鼻梁连接铰点，并与臂架系统其他各铰点轴承（滚柱式）并联在臂架系统的两条输油总管上。

②工作原理：集中润滑油泵给臂架系统打油时，是按照次序逐个给臂架两路总管中一侧的各点打油，直至此一路所有双线分配器（注油阀）全部动作到位。

同时，该路总管内压力上升并超过另一路总管5公斤时，两路总管头部的压差开关动作，控制系统自动断开此路并转给另一路总管打油，直至此路并联的各注油点的双线分配器全部动作为止。

该管路压力上升至两管路压差达到5公斤时再次转回第一路，结束一个循环。

这种工作循环直至达到该路润滑系统设定的工作时间停止。

从轴承损坏现象和润滑系统工作原理两方面分析，可确定主要原因是润滑不
良造成的。

2. 拆检分析
根据上述分析，我们首先对该轴承进行了人工加油。

加油后，震动和噪音消失。

继续实验一小时左右又再次出现异响。

我们又对集中润滑系统进行了仔细检查，没有发现异常。

然而，在继续使用后仍然出现震动和噪音，而且没有减小迹象。

为此，我们决定对该轴承进行拆检分析。

第一次拆检：
（1）拆检后发现，关节轴承外领内壁面在安装状态时的下端面有圆弧角为30～40度左右的几道划痕；
（2）该轴承的轴下端面（在安装状态时）有圆弧角为180度左右的磨损痕迹，沿轴向形成突肩。

磨损区宽度与关节轴承内领宽度相同，突肩最大高度约为3～4mm。

根据以上现象和对轴承及轴体润滑孔道结构进行的分析，初步认为造成磨损的原因有三个：
第一、轴承及轴体油路本身有缺陷，造成润滑脂难以到达承压面。

第二、加油时间过短，润滑不够充分；
第三、在安装时轴体孔道内未做彻底清理，留有加工残留物。

第二次拆检：
这次检查结果与上次完全相同。

通过仔细分析我们发现：
1、关节轴承内外领承压面几乎没有润滑脂，而在非承压面却有较多油脂并从非承压面最上端溢出轴承。

说明油脂在进入轴承承压面前就已经被挤出轴承；
2、在轴承内领与轴的上端面之间有很多油脂。

经过分析图纸我们还发现，该轴承外径加工尺寸为200h7,与关节轴承内领为负偏差。

从拆检结果我们断定，损坏过程如下：
在润滑系统工作时，润滑脂沿油道进入关节轴承内油槽后，大部分进入非承压面，并从轴承两端溢出。

仅有极少量油脂进入承压面内的油槽（轴承油槽结构见图2），但因承压很大、间隙过小，无法均匀分布到摩擦面，所以首先造成局部干磨，当温度较高时出现轴承内外领“抱死”现象。

当关节轴承“抱死”后，由于轴承内领与轴之间为负偏差配合，油脂从轴上的出口进入轴与轴承内领之间空隙，从而造成轴与轴承内领之间形成“轴承”的现象。

由于轴上油槽与轴承内外领之间油槽相同，且仅是沿径向圆周有一道10mm宽的油槽，在滑动过程中不能充分分布油膜，造成轴的磨损。

当磨损到一定程度时，金属屑进入摩擦面使磨损加剧，产生剧烈震动和噪音。

四、辊压机轴承损坏与防护
辊压机的四个轴承是整台设备的关键零件，辊压机粉碎物料的粉磨力通过液压缸施加于轴承座推动辊子以及由电机驱动使得压辊转动，这都需通过轴承才得以实施。

轴承是辊压机的关键部件，一旦轴承发生事故，则辊压机就得停机，产生严重后果。

1. 轴承损坏的原因是多方面的：
（1）轴承本身的制造质量问题；
（2）有可能是过载、负荷加剧造成的，如：设定工作压力过高、两辊转速不同、料饼过厚、液偶加油量不等等原因；
（3）振动过于剧烈也有可能造成轴承损伤，引起振动的原因是多方面的，如：①物料中细粉含量过多（如粒径5mm以下物料含量达到50％以上）；②入辊压
机物料过于密实，物料形成料饼时由于孔隙率的降低，排出的气体无法通过上部的物料排出；③通过辊压机时，辊压机入料口被异物堵塞或稳料仓料位低引起的下料不均等；
（4）有可能安装不当留下隐患，如：①两辊中心线不平行或虽平行但不在同一水平面上；②两辊间限位挡块过薄，空转时可能引起两辊面接触等原因；③安装时，轴承游隙的过盈量未达到的要求的数据，即0.25~0.35mm；
（5）有可能两端辊缝偏差较大，且长期持续运行。

引起辊缝偏差的原因，笔者认为不外乎以下几种：①控制系统有问题，两端压力不等，且长时间不能调节；
②物料本身的问题，物料进入缓冲仓后，产生程度不等的离析现象，粒度分布不均的物料进入辊压机后，辊子两端受力不均，辊缝偏差必将产生；③侧挡板一侧失效，物料在辊子两端通过量不等，不受限的一侧通过量大且压力偏低；
④入料口沿辊子方向宽度偏差较大或入料口一侧被异物堵塞，造成物料通过两辊间隙时，辊子两端通过量不等；
（6）轴承冷却不良，循环冷却水不畅或冷却水量不足可能引起轴承温度过高而损坏；
（7）对于采用干油润滑的系统而言，轴承密封失效、干油供应不足等可能造成轴承润滑不良，从而损坏轴承。

（8）油品变质、油品进灰，造成轴承损坏。

2. 为防止轴承损坏，要做好以下几个方面：
（1）购买轴承时严格控制轴承质量；
（2）保证控制系统正常有效工作；
（3）辊压机开始喂料时，开始先加一定压力，在物料将辊压机撑开一定的辊缝时，再开始加压到工作压力，这样动辊的移动量不是从最小到最大，可以有效减小震动；
（4）轴承安装时，①必须严格控制轴承游隙的过盈量；②保证两辊中心线平行且在同一水平面上；③对于不同规格的辊压机，挡块厚度亦应不同。

笔者认为，应以辊压机空转时，两辊面不相蹭为原则，一般讲，以18—30mm为宜；（5）关于工作压力，理论上讲，最佳的有效范围在30—150MPa，其效果如图示（用曲线表示），但是，考虑到目前我公司设备的现状，以不超过50MPa为宜；
（6）物料方面，尽量减少细粉含量，粒径在20—25mm的颗粒含量在60％以上为宜；
（7）采取措施，尽量控制辊缝偏差，如在稳料仓上部加布料器、内部加溢流箱、仓内加隔离板等措施；
（8）保证物料通过量可以自由调节；
（9）加强滑润管理和现场管理。

规范的设备管理和良好的环境是保证润滑系统正常工作的必要条件。

五、选用电弧喷涂
1. 电弧喷涂原理
电弧喷涂是以电弧为热源，将熔化的金属丝用高速气流雾化，并以高速喷到工件表面形成涂层的一种热喷涂工艺。

喷涂时，两根丝状金属喷涂材料用送丝装置通过送丝轮均匀、连续地分别送进电弧喷枪中的两个导电嘴内，导电嘴分别连接电源正负极，并保证两根金属丝之间在未接触之前绝缘。

当两根金属丝端部相互接触时产生短路而形成电弧，时金属丝端部瞬间熔化，此时利用压
缩空气把熔化的金属雾化，形成金属微熔滴，以很高的速度喷射到工件表面上，产生金属涂层。

2. 电弧喷涂的技术特点
电弧喷涂的优点突出表现在其涂层所能达到的高强度和优异的涂层性能。

应用电弧喷涂技术，可以在不提高工件表面温度、不使用贵重打底材料的情况下获得高的结合强度。

一般电弧喷涂的结合强度可以达到20MPa以上是氧乙炔火焰喷涂的4~6倍。

最近大庆某工程公司在为国家某重点工程投标时，专门测验了电弧喷涂的结合强度。

用Φ40的Q235圆钢，切断后将两个断面磨平，经过喷砂处理，使粗糙度达到Sa2.5级以上，然后将其中一个断面用电弧喷涂方式喷锌，厚度为0.10~0.15mm，将另一个断面涂上强力胶水，与喷锌层断面相粘结，等胶水完全干燥后上拉力试验机，测得结果为：共用10根圆钢试样，平均结合强度为13.7吨，最小的为10.6吨，最大的为15.2吨，也就是平均结合强度为21.8MPa，最小的为16.9 MPa，最大的为24.2 MPa。

由于锌涂层属于比较软的涂层，其结合强度要低于不锈钢等硬质金属。

电弧喷涂的高效率表现在单位时间内喷涂金属的重量大。

电弧喷涂的生产率与电弧电流成正比，以喷涂锌涂层为例，当喷涂电流为200A时，每小时可喷涂30Kg，喷铝或不锈钢也可达到20Kg。

这要比氧乙炔火焰喷涂提高5~6倍。

河南防腐集团公司在大连为油罐内外表面喷涂铝涂层时，仅用2个多月的时间，从施工组织到工程验收完毕，利用2台CMD-AS3000型电弧喷涂设备每天工作10~12小时，总喷涂面积达到10000平方米，喷涂厚度为0.5mm。

电弧喷涂的能源利用率明显高于其他喷涂方法，节能效果十分突出。

电弧喷涂的能源利用率可达57%，而氧乙炔火焰喷涂的能源利用率为13%，等离子喷涂为12%。

电弧喷涂是十分经济的热喷涂方法，能源利用率高，节能效果明显，其额定功率为12KV A，通常使用的电压为30~37V，电流为180~220A，每小时耗电仅为5.4~8.1度，喷锌30Kg时，每公斤耗电只有0.18度；喷铝或不锈钢时也只有0.4度。

电弧喷涂只使用电和压缩空气，不用氧气、乙炔气等易燃气体，安全性很高。

3. 电弧喷涂设备
电弧喷涂设备系统由电弧喷枪、控制箱、电源、送丝机构等组成，另外，电弧喷涂需要使用压缩空气，因此，其辅助设备还应包括空气压缩机，有条件的应为空压机配备油水分离器、储气罐、空气干燥机等设备。

4. 喷涂工艺
（1）表面预处理
电弧喷涂工艺中的表面预处理是一项非常重要的工作，包括表面清洗、表面预加工、表面粗糙化等方面。

表面清洗的主要目的是将待喷涂表面除油、去污、除锈等。

普通的表面处理方法。

表面预加工由于电弧喷涂可以进行轴类及机械零件的修复，所以在修复之前必须对工件表面进行预加工，也就是要将工件表面磨损部位用车（适合于轴类）或铣、刨（适合于平面）的方式加工平整，然后经表面粗化处理，喷涂上所需金属。

表面粗糙化不管是用于防腐蚀工程，还是机械零件表面修复，电弧喷涂前最重要的工序就是将待喷涂表面进行粗糙化处理。