MPF1915中速磨寿命研究

段瑞雨

（承德承钢工程技术有限公司，河北 承德 067000）

1 概述

MPF1915型中速磨,主要用于高炉喷煤煤粉的制备，工作介质为经过破碎的优质无烟煤，工作主电机功率为450kW，出粉能力38T/h。工作时磨辊固定在三脚架上，磨盘旋转，通过磨辊和磨盘的碾压实现破碎效果，并通过三个工作压力11.5MPa，杠杆直径为100mm油缸加载，加强碾压效果。

MPF1915中速磨传动减速机湖北巨鲸传动机械有限公司生产的行星伞齿轮减速机，型号为LXP190-34.13，该减速机采用锥齿轮伞齿与行星齿轮传动，速比为34.13，转速为990r/min，重量为12000kg。减速机全部采用滚动轴承，使用集中式强制润滑。伞齿轮(轴)材料为20CrMnTi，为表层渗碳磨削加工硬齿面齿轮。

2 减速机的失效原因分析

2.1 输入轴锥齿轮打齿

减速机的失效主要表现之一为输入轴锥齿伞齿轮呈现的不规则打齿。观察断裂的齿面，齿轮凸侧齿面磨损相对凹侧较为严重，齿顶周围的点蚀磨损痕迹清晰可见，而正常啮合部位的磨损痕迹较淡，说明齿顶部存在非正常平稳的受力，属于齿顶所受压应力过大所致，断口呈鳞片状，属于齿面非正常接触造成的齿表面渗碳层剥落发展而产生的疲劳断裂。输入端轴由推力滚动轴承固定，发生齿面非正常啮合的现象，首先必然是轴承先发生了轴向窜动。

冲击与振动首先破坏的是轴承，将使得轴承的游隙增大，减速机输入轴的滚动轴承承受交变冲击载荷后，轴向间隙增大，改变了螺旋伞齿轮副的工作条件，形成齿顶非正常啮合，在起停车及大块物料的冲击载荷下，加剧了齿顶的磨损和疲劳裂纹的产生。齿顶硬且脆的碳化物表层剥落后，进一步加剧了受力情况的恶化，导致伞齿轮的表面渗碳层产生疲劳裂纹，最终发展为深层裂纹并断裂。

2.2 减速机推力瓦烧损

自2013年2月份，承钢喷煤4#中速磨机在4个月的时间里，先后更换了5台减速机，原因均为推力瓦烧损，通过对减速机解体的检查发现存在如下情况：减速机共有推力瓦11块，其中每一块外半部分磨损比较严重，内半部分没有磨损痕迹；瓦面两侧没有倒角，且瓦面磨损处呈现灰白色（材质为巴氏合金）；减速机高速轴伞齿轮存在打齿现象；磨盘有轻度的磨损；高速轴、推力瓦没有测温点，没有报警停机设置；太阳轮、行星轮等润滑方式为点滴。

2.3 其它影响因素导致的齿轮磨损

齿轮的磨损受润滑油液的污染影响最为严重，润滑油液经过一段时间的使用后，齿轮及轴承磨损的微小颗粒悬浮于润滑油液中，能够加剧磨损的进行。

齿轮的热处理工艺也是影响齿轮磨损速度的因素之一，螺旋伞齿轮选用材料为20CrMnTi，重载情况下的齿轮热处理工艺为毛坯锻造后正火处理（AC3线以上，缓冷），经机加工后渗碳，伞齿部分再经高频淬火处理后磨削加工。渗层组织为针状马氏体、块和粒状碳化物及残余奥氏体，该组织具有较高的硬度和脆性。表层渗碳层厚度小及弱化会加速磨损。受高速轴尺寸和齿轮尺寸结构的制约，齿轮的渗碳层不能超过齿轮整体尺寸的40%，以保持足够的韧性。

3 磨辊的失效原因分析

3.1 热风与煤粉的冲刷磨损

磨辊的颗粒冲刷损坏来自于风套环出口的热风，由于磨盘旋转的离心力的作用下，较大块、质量密度大的颗粒首先被甩到边缘，煤粉与颗粒在气流的带动下获得动能，吹向磨辊被冲刷的部位，气流与颗粒随着压力的波动在磨辊表面形成“犁划”，速度比正常磨损要快的多。磨损后磨辊的情况如图1。

3.2 辊皮开裂

辊皮的开裂都是由冲击和振动诱发的，但产生的原因比较复杂。

图1 被冲刷磨损的磨辊表面

图2 磨辊辊皮在未有预兆时断裂图

（1）由装配间隙不合理产生，受冲击诱发的突发性裂纹。磨辊在辊皮多次返修更换辊皮后，内部的配合表面被磨损，需要不断地修配、安装，由于辊皮的硬度非常高，尺寸较大，只能采用磨削的加工方式进行修配，而且需要大型的磨床才能够完成。装配间隙选择过大，会发生轴转皮不转的研轴现象，装配的间隙过小，在温度变化和冲击载荷的作用下容易产生突然断裂。突然断裂的裂纹细小清晰，呈直线型。突然断裂的裂纹如图2。（2）对于磨辊的某一个工作表面，承受着煤料和其它硬磨料的挤压和滑移，使得磨辊表面不断地产生弹塑变形，形成疲劳裂纹源，微小的疲劳裂纹在冲击和振动的作用下，最终发展成为断裂裂纹。疲劳裂纹存在发展断裂的痕迹，裂痕内部有大量夹杂物。（3）首先冲击和振动是一切磨辊开裂的诱因，冲击和振动产生的原因复杂，按照中速磨实际的使用过程中的经验，在中速磨加载起车时会产生强烈的振动，产生的振动也最为剧烈。其次为不可磨碎的块状硬料，因金属异物因其质地坚硬，所以当磨辊对其研磨时，对衬板的冲击和损坏是比较严重的。同时，磨辊也会产生大的跳动，引起猛烈振动，煤粉的下料速度、料层的厚度、煤料的硬度、煤料的粒度、系统风量、加载力也是引起振动的原因。

4 技术改进方案

根据使用的情况及减速机解体后的内部情况，由大连重工减速机厂对减速机进行了重新设计，对减速机做出如下改进。（1）设计减速机推力瓦为12块，推力瓦面积小润滑好，瓦面有倒角利于油液进入（旋转方向，进油方向），瓦中间一圈设置排油管，测温装置装在推力瓦上，报警、停机点直接测瓦（4点），其它测温点保持快速轴回油管油温在70℃以下即可，加强推力瓦强度，目前使用的为巴氏合金（灰白色瓦面），改用综合性能较强的FZB3G弹性金属塑料（淡黄色）。（2）进回油口角度存在偏差，做成成对法兰根据安装位置调整焊接角度。（3）单独向太阳轮、行星轮等采用直接喷油的润滑方式。（4）伞齿与轴作为一体（含镍）,加大伞齿轮渗碳层的深度。

在加载拉杆处增加垫片，调整磨辊与磨盘瓦在无料加载情况下保持3～5mm的间隙。避免载荷的不规律变化，防止冲击的产生，并在少料及无料的情况下保护磨辊，同时又保证了工作时的加载力。

采用均匀可靠的下料速度，在下煤口处增加给料机及振动筛，增加除铁器的功率，消除原料内部无金属硬块，并保持原煤粒度适当、下料速度均匀。提高风套环的高度至与磨盘齐平，可避免大量的粉料受离心力的作用进入风套环，对磨辊形成冲刷。并且经过实际验证，在提高风套环后对中速磨内的气流未受影响。磨辊装配过程中应保持轴承基本尺寸不变，通过修配磨辊辊皮进行修配。辊皮的修配为保证修配精度，应采用大型磨床，并使用专用夹具定位。修配的配合精度为ф1000H6/h6，通常在多次更换辊皮后轴承座会有所磨损，因此要根据轴承座的基本尺寸的变化调整辊皮的基本尺寸。

5 实际应用效果

在未进行技术改进之前，由于磨辊的损坏和减速机的损坏，承钢MPF1915型中速磨机的大修周期约为6～8个月，其中老系统4#磨机在6个月的时间内连续更换了5台减速机，新系统B磨减速机在1年内更换了2台。减速机失效的原因都是因为输入轴伞齿轮打齿或推力瓦烧损。进行技术改进后，磨辊和减速机的寿命得到明显提高，承钢MPF1915型中速磨机的大修周期约为12～18个月，大修周期延长了近3倍，且经改进后的减速机在2013年6月份上线以来运转良好，未再发生伞齿轮打齿及推力瓦烧损的现象。

6 结语

（1）冲击和振动对MPF1915型中速磨减速机和磨辊的寿命起关键作用，控制冲击和振动的来源能够有效的提高中速磨的使用寿命。（2）减速机推力瓦烧损的主要因素是受力不均和润滑不良。（3）磨辊的合理装配间隙为φ1000H6/h6，轴承座磨损后应根据基本尺寸的变化相应调整，NI-hardIV要特别注意温度变化的影响。（4）在电机与减速机之间使用柔性联轴器或液力偶合器或油压式摩擦离合器在承钢技术方案的制定过程中曾予提出，本意为降低起车过程中的冲击，但并未实际实行，其措施的有效性和可行性有待进一步验证。

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