水泥回轉窯開式齒輪磨損在線檢測系統的設計

蒙秀松

摘 要：對于開式齒輪流體脂是否失效是否進行更換不能及時監控的問題，本文提出一種水泥回轉窯開式齒輪磨損在線檢測系統，可以對水泥回轉窯開式齒輪潤滑情況檢測，實現采樣、樣品處理、在線檢測，能夠直觀、及時地了解潤滑狀態。

關鍵詞：開式齒輪;磨損;在線檢測

引言

在水泥生產設備中，存在較多的開式齒輪，例如水泥回轉窯開式齒輪，這里開式齒輪一般采用流體潤滑脂潤滑;開式齒輪傳動中易落入灰塵、屑等外部介質而造成潤滑油污染，齒輪易于產生磨料磨損。在現有水泥生產領域所使用的開式齒輪均面臨較復雜工況，對開式齒輪潤滑，一般是采用定期更換流體脂，間隔時間也是按照生產經驗獲得，但對于開式齒輪的潤滑情況，特別是流體脂是否失效是否進行更換并不能及時監控，在外部污染較嚴重時，一般設備發生較大異響等情況時，維護人員才發現潤滑失效，需要更換潤滑;但往往這時候開式齒輪已經受到破壞或者嚴重損毀，更嚴重時需要設備停機更換開式齒輪;這樣造成設備使用壽命降低、維護成本增加及影響生產正常運行。

1齒輪磨損的基本形式

在水泥行業中的燒成和生料、熟料、煤的破碎等工藝設備中，大型開式齒輪常被選作設備的主要驅動單元。其傳動齒輪長期處于低速、重載、大沖擊力的工況中，齒輪表面往往會出現不同形式的損傷，繼而導致齒面金屬材料的遺失，改變齒輪的幾何尺寸，嚴重影響齒輪副的使用壽命，降低生產的連續性。磨損是指由于機械、化學或其它因素導致材料的慢速損失，齒輪表面發生改變。并非所有的磨損都定義為損傷，對于大型開式齒輪，齒輪運行初期發生的正常磨損有利于改善設備運行狀態和潤滑條件。

1.1正常磨損

這種磨損發生在齒輪運轉的早期階段，粗糙的開式齒輪表面的機加工痕跡逐漸消失，齒面呈光亮狀態，常稱為跑合磨損。磨光和中等磨損都屬于正常磨損類型。正常磨損的形貌特征：磨光是一種緩慢的磨合，兩接觸齒面的凹凸不平逐漸被磨去，機加工痕跡逐漸消失，齒面粗糙度大為降低，因此產生光滑的齒面，磨光對改善齒輪的運轉狀態有積極的促進作用。中等磨損齒面的特征是兩齒面都有金屬移失，在節曲面附近出現一條連續的條帶，在壽命以內的正常磨損并不影響齒輪的使用。

用于轉窯類設備驅動的齒輪精度在8～9級?（AGMG?2000），用于管磨類設備的齒輪精度在9～10級?（AGMG?2000）。因此，大型開式齒輪副在運轉初期，接觸面積小，存在局部過載，高點的局部接觸應力往往超過材料的接觸疲勞強度，疲勞裂紋就會陸續出現。若此類疲勞裂紋不能快速消除，疲勞裂紋會持續發展成點蝕損傷。

1.2磨料磨損

磨料磨損是指由于混在潤滑劑中的堅硬顆粒（如砂粒、銹蝕物、金屬雜質等），在齒面嚙合時的相對運動中，使齒面材料發生遺失或錯位。齒面上嵌入堅硬的顆粒，也會造成磨料磨損。磨料磨損的形貌特征：齒面出現不同尺寸的分散凹坑，其邊緣比較圓滑。

1.3過度磨損

過度磨損是指由于長期使用性能欠缺的潤滑劑，抗磨損性能差，摩擦系數過高，大的滑動摩擦力使輪齒表面快速磨損，從而使齒輪副達不到設計壽命。過度磨損的形貌特征：齒輪表面明顯粗糙，嚴重時齒廓失去漸開線形狀，通常過度磨損的齒輪伴隨著膠合、擦傷等損傷，但由于磨損較快，不易出現裂紋和點蝕。

2系統結構與工作原理

2.1系統構成

水泥回轉窯開式齒輪磨損在線檢測系統結構包括：箱體，以及安裝在箱體上的取樣組件、稀釋組件、過濾組件、拍照組件和控制單元。

箱體，安裝在開式齒輪一側地面上;取樣組件，安裝在箱體上端，包括取樣刮板、滑動塊、光桿、絲桿、導向架和驅動電機;稀釋組件，包括升降架、稀釋箱、稀釋液箱和振動器，過濾組件，包括濾板、濾板夾、用于疊放濾板的濾板放置架和電動推桿;拍照組件，相鄰濾板夾設置;拍照組件包括相機、LED燈、水平皮帶機，水平皮帶機另一端位于相機鏡頭正下方，LED燈設置在相機鏡頭四周的箱體內壁;控制單元，控制單元電連接取樣組件、稀釋組件、過濾組件和拍照組件;控制單元通過網絡連接監控室上位機。

2.2系統工作原理

控制單元控制驅動電機轉動使得取樣刮板移動到開式齒輪上并與齒輪接觸完成取樣，再將取樣刮板移到稀釋箱中，并通過升降架帶動稀釋箱上移將取樣刮板收納并由水泵泵入稀釋液進行取樣稀釋;稀釋完成后，升降架帶動稀釋箱下移并壓緊位于濾板夾上的濾板，控制單元控制稀釋箱的端口閥門打開完成過濾;控制單元控制電動推桿推動新的濾板移動到濾板夾上，并使得過濾完成的濾板移送到水平皮帶機上，水平皮帶機帶動濾板移動到相機下方并完成高清拍照，控制單元將拍照數據發送到監控室上位機中，監控室上位機分析拍照數據并得到分析結果。分析過程中采用設置對照組對比，先獲取剛更好潤滑脂時候開式齒輪的采樣，即按照上述流程操作，將得到的拍照數據作為對照數據;在后續自動化檢測時，樣品的拍照數據與對照數據進行對比，具體是對圖片數據處理依次經過圖片灰度處理、計算所有像素平均值、通過感知哈希算法獲取兩者之間差值，根據該差值判定齒輪磨損情況。

先進性在于提供了自動化采樣檢測的檢測箱或檢測系統，通過取樣組件、稀釋組件、過濾組件、拍照組件和控制單元等依次實現對開式齒輪中潤滑脂的取樣、稀釋、過濾、拍照和檢測分析，可以直接在線得到分析結果;相比現有技術，檢測過程自動化，檢測數據實時化，檢測做到全天候。

3結束語

本系統通過對開放式齒輪依次取樣、稀釋、吸附、分析步驟后得到潤滑油脂狀態的分析結構，其取樣結構更加能夠反映齒輪實際遇到的潤滑情況，能夠準確反映開放式齒輪真實運行情況，便于維護人員及時了解開放式齒輪的潤滑情況，從而了解設備整體運行狀況，對設備維護監控提供了強有力的支持。

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