球磨機大小齒輪的振動分析與處理

撰文/楊開忠

球磨機大小齒輪的振動分析與處理

撰文/楊開忠

本文所講的球磨機，是一種以齒輪驅(qū)動為傳動的機械設(shè)備，它是物料碎后再進行粉碎的重要設(shè)備，通常應(yīng)用在水泥、建材、化肥、陶瓷等諸多生產(chǎn)領(lǐng)域。那么，球磨機的運行原理是怎樣的呢？如何才能保證齒輪的正常運行呢？本文針對球磨機齒輪的振動進行了分析和處理，以供借鑒參考。球磨機；大小齒輪；振動處理

■653405 玉溪礦業(yè)有限公司大紅山銅礦 云南 玉溪

在當前我國乃至世界的工業(yè)領(lǐng)域中，球磨機這樣的粉球磨機械是十分常用且常見的。它能根據(jù)具體施工的需求和工藝的具體要求對各種硬度的材料進行粉磨處理。由于在單位的施工中，球磨機的運轉(zhuǎn)率通常來說是比較高的，這樣一來，就很容易發(fā)生球磨機小齒輪軸承座處振動方面的故障。無可厚非，引發(fā)振動的是多方面因素的結(jié)果，當然它所造成的危害也是客觀存在的，因此，我們要在實際工作中對癥下藥，認真分析引起振動的原因，并及時準確地選取修復(fù)方法，排除故障。

1　球磨機振動原因分析

根據(jù)球磨機的結(jié)構(gòu)，能夠引起振動噪聲大的原因有 2 個：一是軸承座滾動軸承故障；二是小齒輪損傷故障，如果是軸承失效的話，那么在振動頻譜圖上應(yīng)該出現(xiàn)軸承的故障特征頻率。然而，我們在振動頻譜以及沖擊脈沖譜上都始終沒有發(fā)現(xiàn)軸承的故障頻率，同時，我們通過另一種方式，即測量軸承溫度的方式也未能發(fā)現(xiàn)軸承的溫度過高的現(xiàn)象。因此判定造成球磨機動大的原因有可能來自小齒輪。齒輪常見的故障形式有齒面磨損、齒面接觸疲勞和齒輪斷齒。

2　球磨機齒輪嚙合原理

接下來，筆者對嚙合齒輪的運行原理進行介紹：首先，它是依靠主動輪的齒廓來推動從動輪的齒廓，以此來實現(xiàn)運動的傳遞功能。針對漸開線齒輪定傳動，當主動輪開始出現(xiàn)回轉(zhuǎn)的時候， 從動輪就需要按照給定的傳動比作等速轉(zhuǎn)動，此時，如若從動輪的轉(zhuǎn)速并非恒定， 便會產(chǎn)生一定的慣性力， 這種慣性力從某種意義上講是一種附加動載荷，它既可能影響齒輪的使用壽命， 又可能會引起較大的沖擊與振動。因此，我們要想真正實現(xiàn)齒輪的定比傳動， 就應(yīng)當嘗試通過積極地滿足齒廓嚙合的基本定律的方式來實現(xiàn)球磨機的齒輪嚙合。

2.1引起球磨機大小齒輪振動的原因

主要有如下幾種：

(1)在制造方面。在制造方面，球磨機的傳動齒輪齒廓往往呈現(xiàn)出漸開線的齒形，基本都采用了標準的方式進行安裝，但是不可否認的是它有一個重大的缺陷，那就是容易出現(xiàn)偏心等諸多問題，還可能會產(chǎn)生齒距誤差以及齒形誤差等看起來不起眼卻影響較大的問題。

(2)在安裝方面。在進行安裝的過程中，影響球磨機齒輪工作效率與性能的因素很多，比如嚙合齒輪的重合度、頂隙和側(cè)隙的大小、模數(shù)等等。但是在實際安裝中，齒頂與齒側(cè)之間的間隙在全齒寬上并不是相同的，其重合度相對而言會變小，同時小齒輪和主軸兩者的軸線之間是存在同軸度誤差的，且常常會超出事前既定的誤差范圍，以上因素對于輪齒的嚙合都會產(chǎn)生不利影響，從而導(dǎo)致球磨機在運行的時候產(chǎn)生較大的振動與沖擊。

(3)運行環(huán)境。球磨機的運行環(huán)境也是主要影響原因之一，由于球磨機往往使用的開式齒輪通常都會在惡劣工作環(huán)境工作，且齒輪之間往往封閉的不嚴，加上齒面尚易落上沙塵等因素，造成齒面的磨損不斷加速。

2.2球磨機振動案例分析

QMY2145溢流型球磨機是大紅山銅礦于1997年投用的設(shè)備，主要用于將銅鐵礦石加工成較細的礦漿。其中有一臺球磨機就存在這樣的故障，自從安裝并投入使用后，它的大小齒輪就存在某種毫無規(guī)則的輕微性振動。經(jīng)過十年左右時間的長期運行，到2008年5月該球磨機的小齒輪開始損壞，到2008年9月時，通過對小齒輪的更換，球磨機得以繼續(xù)投入使用，然而輕微振動的現(xiàn)象仍然是無法消除的。直到到2012年2月份，該球磨機的振動突然性的變大，緊接著小齒輪軸和軸承也相繼出現(xiàn)故障，后經(jīng)過一定修復(fù)后可投入使用，2012 年7月份小齒輪再次遭遇故障。

筆者認為球磨機大小齒輪的運行主要存在如下問題：

(1)大齒輪的接頭處存在跳動量大的問題，且大齒輪的齒面載荷存在分布不均勻的問題。經(jīng)過分析，結(jié)合涂抹紅丹粉到大齒輪齒面的原理，發(fā)現(xiàn)其中有1/4的齒面接觸斑點較少，并且這些不合理現(xiàn)象全部集中地其中的一半大齒輪上。由此可分析得出，大齒在這里運行的時候，大小齒輪之間的嚙合不是很好，且此時的小齒輪接觸較少的部位所承受的載荷較大，不能進行長時間的運行。通過進一步的檢查，發(fā)現(xiàn)大齒輪出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是大齒輪毛坯件的內(nèi)部應(yīng)力未能完全釋放，而如果在球磨機上進行使用，則會發(fā)生大齒輪的內(nèi)部應(yīng)力持續(xù)釋放的現(xiàn)象，而與此同時沒有得到充分釋放的內(nèi)部應(yīng)力的那一半大齒輪則會出現(xiàn)變形，從而促使齒輪接頭處的跳動陡然增大。一般來講，當這部分大齒輪與小齒輪嚙合的時候，就會造成齒面壓應(yīng)力集中或載荷分布不均勻，倘若長期運行，則小齒輪出現(xiàn)疲勞損壞的問題。

(2)大齒輪基準軸線與小齒輪基準軸線之間一般并不是平行的。因此，在實際的應(yīng)用當中，往往采用壓鉛法對球磨機大小齒輪的嚙合進行檢測，但是實際上球磨機的大小齒輪基準軸線并不平行，這在實際中很快就會發(fā)現(xiàn)。因為小齒輪不能進行有效固定，當球磨機投入使用后，小齒輪就會受到重負荷大齒輪的巨大擠壓，由此軸承座就會產(chǎn)生較大的位移，造成大小

齒輪基準軸線出現(xiàn)一些偏移。

3.球磨機大小齒輪振動的預(yù)防與處理

3.1開式齒輪傳動的安裝、轉(zhuǎn)向要求

從物理角度分析，球磨機的小齒輪最佳的角度應(yīng)當在20°左右，此時大齒輪對小齒輪的壓力方向剛好是垂直向上的，轉(zhuǎn)動軸收到的壓力也是垂直向下的，這樣就能夠減少球磨機傳動端主軸承（軸瓦）的受力，不僅能夠減少磨損，而且有利于對小齒輪軸承的聯(lián)接螺栓和地腳螺栓的工作，增加運行平穩(wěn)性。與此同時，在這個角度范圍，能夠減小球磨機橫向占地的面積，從而為球磨機主軸承和傳動軸承的基礎(chǔ)能夠固定在同一平面上，這樣方便對小齒輪進行更換。倘若球磨機轉(zhuǎn)向與圖示方向相反，會造成地腳聯(lián)接螺栓松脫和折斷。

3.2球磨機大小齒輪嚙合的調(diào)整

(1)調(diào)整與處理球磨機的大小齒輪接觸面斑點。為了有效消除球磨機四分之一的大齒輪齒面接觸較差的難題，我們可以采用手工磨削的辦法來加工接觸斑點少的大齒輪齒面，通過這樣的加工處理，能夠把有明顯凸起和飛邊的部位進行削平修復(fù)。通過多次試驗發(fā)現(xiàn)球磨機的大小齒輪嚙合得到極大改善。

(2)重新調(diào)整軸線之間的平行度。我們從球磨機齒頂間隙數(shù)據(jù)的計算可以得知，要想調(diào)整兩軸線之間的平行度，我們可以采取如下兩種方法進行調(diào)整：

一方面可以通過調(diào)整大齒輪基準軸線來實現(xiàn)，因為球磨機的軸線與大齒輪軸線是重合的，需要重點對球磨機的前軸瓦座進行調(diào)整，然而這一移動是幅度較大的，位移高達23.06 mm，不難發(fā)現(xiàn)這樣的調(diào)整十分費時，且后續(xù)的刮瓦處理也必不可少，可知這一方法可取性不強；另一方面可以通過小齒輪基準軸線的調(diào)整來實現(xiàn)，這里主要包括對小齒輪軸承座進行調(diào)整，利用壓鉛法對球磨機大小齒輪齒頂?shù)拈g隙進行測量，從而對兩軸線平行度是否合適進行確定，但此時我們需要調(diào)整的部位就想對較多，不僅僅是需要調(diào)整小齒輪軸的承座，而且要對球磨機的主電機和慢速盤車裝置等進行及時的調(diào)整，這樣才能確保與小齒輪軸同心，本文中筆者就采用了該調(diào)整方法。以案例分析調(diào)整其結(jié)果如下：

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調(diào)整小齒輪基準軸線與大齒輪基準軸線的平行度達到要求后，為防止球磨機帶負荷工作后，小齒輪軸承座地腳螺栓往往無法承受大齒輪在運行過程中對小齒輪造成的徑向推力，以致齒輪軸線的平行度發(fā)生扭曲，產(chǎn)生誤差，因此可以考慮通過對小齒輪軸承座的四周進行鋼板焊接，從而達到有效固定軸承的目的。

3.3齒輪的加固密封

對齒輪的加固密封，可以考慮利用廢舊橡膠帶，在觀察孔蓋、上下齒輪罩與罩體之間加一層保護膜，從而減輕振動，為提高密封效果，阻止塵沙侵蝕提供有效保障。

3.4不合理的齒輪軸裝配引起的振動

因為大小齒輪頂間和齒側(cè)兩者之間的間隙不夠合理，導(dǎo)致小齒輪發(fā)生振動的情況，因此我們要先對其合理性和轉(zhuǎn)動時頂間和齒側(cè)間隙的大小進行檢測，這一做法的最大優(yōu)勢在于彌補了齒輪在制造和裝配過程中的誤差，以免齒輪被卡住無法運行。

4　技術(shù)改造措施

4.1在購買設(shè)備時，要嚴格按照有關(guān)標準驗收，堅決杜絕不合格產(chǎn)品的流入。

4.2嚴格遵守球磨機的安裝標準和檢修標準，保證球磨機各部件之間滿足安裝要求，特別是電機主軸和小齒輪的軸線之間的同軸度，小齒輪軸線和大齒輪軸線之間的平行度以及齒側(cè)間隙和齒頂間隙，都要精確安裝調(diào)試。

4.3改進潤滑裝置，把齒輪潤滑方式改為自動噴油潤滑，確保潤滑油的充分供給，避免形成干摩擦和輪齒磨損過快。

4.4改造齒輪護罩，把齒輪護罩從半開式改為封閉式，盡可能地減少齒輪副嚙合面的漂浮物和小顆粒數(shù)量，同時改進球磨機襯板螺栓的密封結(jié)構(gòu)，杜絕球磨機漏漿和磨損現(xiàn)象的發(fā)生。

5　結(jié)束語

綜上所述，大紅山銅礦的球磨機經(jīng)過多次反復(fù)的調(diào)整，其運行效能相對來說更加穩(wěn)定，各項安裝參數(shù)已經(jīng)達到了相關(guān)規(guī)范的要求。球磨機齒輪的振動問題能夠得到有效解決，齒輪的運轉(zhuǎn)相對過去來講，在摩擦減少的情況下，逐漸變的越來越平穩(wěn)，從而保證齒輪和小齒輪以及配套軸承的使用壽命得到明顯的提高， 有效地提高了球磨機的作業(yè)效率，總的生產(chǎn)量也得到大幅度的增加，同時降低了生產(chǎn)成本、人力資源等費用。

參考：

[1]陳澤民，忻良昌.公差配合與測量技術(shù)[M].北京： 機械工業(yè)部出版社， 1986

[2]丁康，李巍華.齒輪及齒輪箱故障診斷實用技術(shù) [M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[3]羅啟亮，羊仕福.磨礦裝置球磨機大小齒輪嚙合故障分析及處理[J]. 磷肥與復(fù)肥，2013，05:62-63.

[4]崔小超.球磨機傳動系統(tǒng)狀態(tài)檢測與振動分析[D].遼寧科技大學(xué)，2012.