提高辊压机运行性能的改造实践

欧阳运涛

1 辊压机工作原理

所有的故障处理都必须以理论和设备原理为基础。物料从反向旋转的两个辊子之间落下，物料在粉碎力的高压下颗粒减小，在小颗粒物料内部形成细小的微裂纹，这样在物料粉磨时能够节省能耗。粉碎力量来自水平方向，从入料口开始压力达到最大点，物料向下落的过程中压力逐渐减小，到压力零点时，挤压和粉碎力量消失，物料被加工为料饼。

2 问题分析

（1）辊压机辊子轴承原设计的冷却方式为自然冷却，当辊压机运行时，辊子轴承温度一直处于高限（80℃），给辊压机的稳定运行造成极大压力。为保证正常生产及轴承温度在合理区间，只能通过加注润滑油和添加外围风机的方式强制降温。但添加润滑油的成本高，且污染环境，同时也增加了工人的劳动强度。而利用外围风机强制降温的效果也不明显，还存在较大安全隐患。

（2）辊压机的侧挡板上端由两条M36mm 丝杠定位，下端有一条M36mm 的顶紧丝杠调整侧挡板与辊子端面的间隙。整个侧挡板顶紧装置由支架、顶紧丝杠、蝶形弹片及底座组成。底座及支架由δ12mm 的钢板制作而成，缓冲结构为蝶形弹片，底座通过两个普通材质M12mm 螺栓固定。正常生产过程中，由于物料的挤压和冲击，丝杠及底座强度不够，蝶形弹簧缓冲能力不足等原因，经常造成底座固定螺栓断裂，丝杠及底座变形，变形后侧挡板与辊子端面出现较大缝隙而漏料，侧挡板功能失效，进而影响辊压机做功。

（3）辊压机侧挡板的主要作用是减轻辊压机的边缘漏料，增加有效辊宽。辊压机配套使用的侧挡板在使用过程中，往往由于压力区耐磨材料的耐磨性能差，挤压区封料部位磨损快，每月约需更换三次侧挡板，且更换难度大。侧挡板磨损后，封料能力下降，造成系统产量低、循环斗式提升机电流高，现场漏料加剧了对辊子端面的磨损。辊子端面磨损后，即使更换了新的侧挡板，也存在配合间隙大、封料不严的情况，直接影响整个矿料粉磨系统的运行指标。

（4）辊压机进料系统由进料溜子、滑阀、进料装置、支架、侧挡板等部件组成，滑阀闸板宽度为1000mm。原设计闸板开关为中间安装一台电液推杆，闸板开关时，闸板偏斜，加上稳流仓物料自重及闸板滑道上粘性物料增加的阻力，一台电液推杆无法满足闸板开关需求，投料时，工作人员经常需要借助工具开关闸板。系统设备开启后，往往因滑阀闸板无法正常打开而影响磨机的投料，导致设备长时间空负荷运转，且滑阀闸板在开关动作时，各缝隙冒灰还会造成现场污染。

3 辊压机运行故障

3.1 电机系统故障

由于辊压机的工作环境恶劣，负载较大，电机的故障率较高。常见的电机故障表现为轴承磨损、绕组温度过高、滑环打火和绝缘磨损等方面。

3.1.1 轴承磨损

相比于静辊轴承，由于动辊在工作中不断调整辊缝，因此动辊输出端轴承的磨损特别显著。因此，应在动辊输出端使用精度高、强度高的耐磨轴承。

3.1.2 滑环打火

滑环打火的原因有很多，如：制成系统中的粉尘堆积在滑环表面；滑环与电刷的有效接触面积缩小；电刷面积裕度小；有的电机采用铜质电刷对滑环的磨损明显。应对措施为：在制成系统中增加除尘装置；对于距离较近的两台电机应进行隔离；增加电刷数量；对于轻微磨损的滑环可以用砂纸打磨处理。

3.1.3 绕组温度过高

对于没有安装绕组温度在线监测的辊压机电机，不能在DCS 系统中查看温度信息，长时间运行后绕组温度过高会烧毁电机。应对措施为：在电机上配置温度巡检仪，将监视信号传送至后台，若绕组温度过高时会发出报警。

3.1.4 绝缘磨损

车间内的粉尘进入电机后成为转动部分的磨料，绕组磨损后绝缘被破坏，容易出现绕组短路等故障。应对措施为：增加除尘系统的投入，保持环境清洁；对绝缘受到破坏的绕组，可使用云母自粘合胶带进行缠绕；磨损情况较轻的绕组可用绝缘漆涂刷。

3.2 液压系统故障

液压系统是辊压机挤压粉碎物料的动力来源，液压系统出现故障会降低粉碎物料的效果，严重时可能对设备安全造成威胁。液压系统的原理如图2 所示，在泵站、阀台和油缸三大部分的配合下实现恒压力挤压，挤压过程中辊缝在小范围变化，起到缓冲作用的同时也能保护液压装置。其故障主要有以下几种：

3.2.1 压力保持能力差

当进料阀打开后，投放的物料会形成一股冲力，动辊向后移动时压力升高，但是在动辊向前移动时液压系统不能保持压力；系统不能为液压油泵提供足够的液压油；当辊缝超过预定范围时会导致跳闸停机，主动电机频繁启停会显著增加电能消耗，降低使用寿命。为改善辊压机液压系统的保压能力，可采用的应对措施有：根据相关技术参数改善阀组密封形式，通过安装支撑密封圈将线密封改进为面密封，然后将阀组的设定值复原；改善进料口的机械结构，使进料冲击力减小；调整溢流阀和液压系统的工作压力。

3.2.2 油缸漏油

油缸漏油的原因基本上都是由密封引起的，不设回油的单向油缸的内部渗油会在背压力的作用下渗出活塞杆的边沿；油缸中的杂质和碎屑极易磨损密封圈，降低液压系统的保压效果。对于油缸漏油的情况，可采取的处理措施有：在确定油缸安全行程的情况下增加回油口；安装过滤器过滤液压油中的磨屑和杂质，防止磨损密封装置；巡检过程中对回油量和密封状况进行监视。

3.3 监控系统故障

辊压机的监控软件为西门子WINCC5.0,控制系统为S7-300型PLC,监控系统相当于辊压机的眼睛和大脑，现场出现的故障种类有电磁干扰导致的信号传输失败、通信故障等。辊压机所需要采集的物理量有液压、辊缝、电流、温度等，这些信号都是由专用传感器采集，然后经信号变送器转换为4mA ～20mA 的标准电流信号，PLC 的模拟量输入模块接收电流信号后进行运算处理。辊压机的开关量有运行状态、启停按钮等，通过开关量输入模块传入PLC。PLC 通过DCS 系统与中央控制室相连，操作人员可在远方进行监视和操作。

3.3.1 电磁干扰

工业现场的生产环境比较复杂，一般的信号输入输出模块都由继电器、变送器隔离，防止信号与信号之间的干扰。如果现场测试某些信号传输效果不佳，可检查信号电缆、控制电缆和动力电缆的布线结构，将各类信号单独布线，并留出足够的距离。特别是模拟量信号用电缆，最好使用屏蔽电缆，并做好控制柜接地。

3.3.2 通信故障

信号的传输受到多方面的影响，有些故障案例表明，环境温度低可能导致控制信号偏小，控制系统信号无法备妥。应对措施为：定期检查通信系统的电源、环境温度、灯光指示等，保持通信系统工况良好。

3.4 机械系统故障

3.4.1 轴承过热

辊压机轴承过热是常见的机械故障，其热量的累积来源于两方面：①熟料温度本身较高，叠加了动静辊对其做功的能量，经过金属传导，热量很快集中在轴承底座上；②轴承自身转动摩擦生热。正常情况下，安装在同一个辊子两端的轴承温度应该相差不大，如果出现轴承过热，可采取的措施有：查看液压管路是否有异物堵塞，油缸内的液压油是否污染或液面下降，若有可能对轴承的润滑油及时更换或补充；轴的冷却水管路内会积存水垢，导致冷却效果变差，建议采用除垢剂清洗冷却水管路。

3.4.2 轴承跑内圈

轴承跑内圈的后果较为严重，轻则导致轴承温度升高，严重时会剪断压环螺栓，轴承不能被压紧。出现轴承跑内圈现象后，应当深入分析其产生的原因并对症施治，若是安装时轴和轴承表面存在油污，建议重新安装轴承，在安装前用汽油仔细擦洗内表面，轴承安装的部位应尽可能选择环境条件好的部位。

4 改造措施

（1）对辊压机辊子轴承冷却系统进行改造，在轴承座上增加水冷却装置（见图1）。改造后，轴承温度降低了30℃左右，辊子轴承长期稳定在60℃左右运行，大幅减少了润滑油的消耗量。

图1 改造后的水冷却装置

（2）对侧挡板顶紧装置进行改造（见图2）。将普通材质M36mm 的丝杠改造为8.8 级M42mm 的丝杠；将原来的碟形弹簧改为14mm 规格的压缩弹簧（见图2）；将弹簧底座及支架钢板由δ12mm 的钢板改为δ22mm 的钢板；将弹簧底座固定螺栓由原来的两个普通材质M12mm 螺栓改为四个8.8 级M20mm螺栓。改造后，生产运行期间，顶紧装置无故障发生，基本未更换过备件。

图2 改造后的顶紧装置

（3）对现使用的侧挡板结构及压力区耐磨材料进行了改造优化。一是将压力区频繁磨损部位与侧挡板整体进行了法兰连接分体式改造（见图3），当压力区磨损时，只需对压力区耐磨材料进行更换，无须整体更换侧挡板。二是对压力区频繁磨损部位耐磨材料进行优化，将压力区的普通耐磨材料更换为合金耐磨材料（见图3）。优化后，侧挡板的使用寿命大幅延长，辊压机运行功率有一定提高。

图3 改造后的侧挡板挤压区

（4）电液推杆由原来的一台增加为两台（见图4a），解决了原电液推杆推力小及闸板偏斜、阻力大等问题，闸板开关灵活、到位。另外，在滑阀闸板部位制作安装了集尘罩及收尘管道（见图4b），收尘管道对接在辊压机本体的收尘管道上，解决了闸板开关时各缝隙冒灰的问题。

5 改造效果

改造后，原料粉磨系统运行稳定，辊压机辊子轴承运行温度长期稳定在60℃左右，解决了侧挡板顶紧装置受物料挤压，缓冲能力不足及材质强度不够造成的变形问题，提高了辊压机运行功率及运转率，降低了工人的劳动强度及辊压机的维修费用，降低了润滑油消耗量，环境污染得到了根治，取得了良好的改造效果。

6 运行优化策略

6.1 检测长年限设备状态

日本原装设备因其独特构造，企业设备管理部门多年来只对其做外部检验，未针对其特殊构造安排无损探伤检测其内部齿轮情况。因原制造商已无法取得联系，更无法获得相关维护保养的技术指导，故企业只能继续保持设备投产，当设备损坏后重新选择国内供应商做置换处理。对运行年限长的关键机器设备安排定期状态检查，包括针对裂纹的无损检测（NDT），全面掌握其状态，并根据其缺陷情况采取针对性措施或者及时处理，避免设备意外损坏影响生产。

6.2 完善设备润滑管理体系

润滑管理是设备管理的重要环节，需要在管理和技术上采取一系列有效措施。

（1）润滑油检测。润滑管理体系中，润滑油检测意义尤为重大，在针对一些无法直接开盖检查其润滑部位的设备，通过对油液检测的理化指标、污染度、光谱、铁谱等信息的综合分析，并参考设备的运行工况、设备现场维修保养记录，可以有效实现机械设备的磨损故障诊断，找出设备故障发生的部位，确定故障的类型，解释故障发生的原因，预测故障发生的时间，及时发现设备的异常磨损故障隐患，指导设备的状态维修，避免重大恶性设备事故发生，降低设备维修费用。

（2）加大润滑油加注培训。建议企业在设备投入前，要求设备供应商对设备管理人员、设备使用人员、设备维修人员进行培训，充分掌握各种润滑油使用方法和补充更换周期，防止误用润滑油。

（3）建立润滑油检验制度。企业内部应建立润滑油监测制度，制定新油品检验制度和在用油品检验制度。新油品检验制度即在企业采购新油品时，必须要求油品供应商提供每批次油品的合格证及检测报告，在有条件的情况下取油品小样按要求进行检测，复核所购油品的各项参数。在用油品检验制度应根据设备实际使用情况制定取样送检规范，确定周期与对应流程，并根据检测结果及时按相关标准进行处理。

（4）规范润滑油检测周期。对于可能涉及减速机的主要设备润滑油，规划大致检验周期，如各类生料立磨、煤磨等关键设备的减速机、液压站中的齿轮油和液压油推荐检测周期为6 个月左右，若使用新油品可适当放宽但不宜超过1 年。

（5）制定润滑异常处理措施。常见的油品异常包括固体杂质污染、磨损异常等：固体杂质污染大多发现于粉尘浓度较高的磨机系统设备润滑系统中，如辊压机减速机、矿料磨主减速机；磨损异常大多发生于转动设备长期运转及磨合处，如立磨、回转窑等。建议根据润滑油异常情况制定不同的管理措施。

6.3 创建设备预测性维保框架

建议企业创建符合当下设备安全、高效运行的保养、维修方式，在故障发生前预判发生的可能性，以及时、科学的检测，指导充分、有效的保养，辅以专业、高效的维修，逐步梳理“以养代修”的理念，打造对设备基于状态监测的预测性运维框架，提高设备使用寿命、节约维修成本、提高企业经济效益、避免重大事故发生。如设备的润滑管理中，利用润滑油监测磨损状态的工作机理，通过对设备在用油中磨损金属的颗粒分析，预测设备主要摩擦故障情况，诊断故障部位、原因和程度，根据监测结果进行保养或维修。

6.4 打造设备智能健康管理系统

在预测性维保框架下，建立一套设备智能健康管理系统，通过多种技术手段来掌握关键设备的状态，准确评价设备状态。在机器设备状态管理智能共享系统或平台中，将振动数据、润滑管理（油液分析）、红外热成像等多种形式的机械设备状态数据相互关联、检测、诊断，对设备故障的根源进行有效维修。将各设备的运行状态数据，实时采集到数据处理平台，通过专业数据分析，根据设备运行状态信息和故障信息，对设备进行定点、定向的、有针对性的预测性维护和保养，根据监测手段所获取的各种状态信息，准确判断故障原因和设备隐患。

7 结论

辊压机是矿山最复杂、故障率也较高的设备，本文按照辊压机的组成部分，分析了电机系统、液压系统、监控系统和机械系统的各类常见故障，并给出了相应的处理建议。对于已经发生的故障，应结合实际条件和经验进行维修。在平时的工作中应注重提高辊压机的可靠性，以预防的角度维护辊压机，减少故障停机概率，从而提高公司的经济效益。