提高輥壓機(jī)運(yùn)行性能的改造實(shí)踐

歐陽運(yùn)濤

1 輥壓機(jī)工作原理

所有的故障處理都必須以理論和設(shè)備原理為基礎(chǔ)。物料從反向旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)輥?zhàn)又g落下，物料在粉碎力的高壓下顆粒減小，在小顆粒物料內(nèi)部形成細(xì)小的微裂紋，這樣在物料粉磨時(shí)能夠節(jié)省能耗。粉碎力量來自水平方向，從入料口開始?jí)毫_(dá)到最大點(diǎn)，物料向下落的過程中壓力逐漸減小，到壓力零點(diǎn)時(shí)，擠壓和粉碎力量消失，物料被加工為料餅。

2 問題分析

（1）輥壓機(jī)輥?zhàn)虞S承原設(shè)計(jì)的冷卻方式為自然冷卻，當(dāng)輥壓機(jī)運(yùn)行時(shí)，輥?zhàn)虞S承溫度一直處于高限（80℃），給輥壓機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行造成極大壓力。為保證正常生產(chǎn)及軸承溫度在合理區(qū)間，只能通過加注潤(rùn)滑油和添加外圍風(fēng)機(jī)的方式強(qiáng)制降溫。但添加潤(rùn)滑油的成本高，且污染環(huán)境，同時(shí)也增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。而利用外圍風(fēng)機(jī)強(qiáng)制降溫的效果也不明顯，還存在較大安全隱患。

（2）輥壓機(jī)的側(cè)擋板上端由兩條M36mm 絲杠定位，下端有一條M36mm 的頂緊絲杠調(diào)整側(cè)擋板與輥?zhàn)佣嗣娴拈g隙。整個(gè)側(cè)擋板頂緊裝置由支架、頂緊絲杠、蝶形彈片及底座組成。底座及支架由δ12mm 的鋼板制作而成，緩沖結(jié)構(gòu)為蝶形彈片，底座通過兩個(gè)普通材質(zhì)M12mm 螺栓固定。正常生產(chǎn)過程中，由于物料的擠壓和沖擊，絲杠及底座強(qiáng)度不夠，蝶形彈簧緩沖能力不足等原因，經(jīng)常造成底座固定螺栓斷裂，絲杠及底座變形，變形后側(cè)擋板與輥?zhàn)佣嗣娉霈F(xiàn)較大縫隙而漏料，側(cè)擋板功能失效，進(jìn)而影響輥壓機(jī)做功。

（3）輥壓機(jī)側(cè)擋板的主要作用是減輕輥壓機(jī)的邊緣漏料，增加有效輥寬。輥壓機(jī)配套使用的側(cè)擋板在使用過程中，往往由于壓力區(qū)耐磨材料的耐磨性能差，擠壓區(qū)封料部位磨損快，每月約需更換三次側(cè)擋板，且更換難度大。側(cè)擋板磨損后，封料能力下降，造成系統(tǒng)產(chǎn)量低、循環(huán)斗式提升機(jī)電流高，現(xiàn)場(chǎng)漏料加劇了對(duì)輥?zhàn)佣嗣娴哪p。輥?zhàn)佣嗣婺p后，即使更換了新的側(cè)擋板，也存在配合間隙大、封料不嚴(yán)的情況，直接影響整個(gè)礦料粉磨系統(tǒng)的運(yùn)行指標(biāo)。

（4）輥壓機(jī)進(jìn)料系統(tǒng)由進(jìn)料溜子、滑閥、進(jìn)料裝置、支架、側(cè)擋板等部件組成，滑閥閘板寬度為1000mm。原設(shè)計(jì)閘板開關(guān)為中間安裝一臺(tái)電液推桿，閘板開關(guān)時(shí)，閘板偏斜，加上穩(wěn)流倉物料自重及閘板滑道上粘性物料增加的阻力，一臺(tái)電液推桿無法滿足閘板開關(guān)需求，投料時(shí)，工作人員經(jīng)常需要借助工具開關(guān)閘板。系統(tǒng)設(shè)備開啟后，往往因滑閥閘板無法正常打開而影響磨機(jī)的投料，導(dǎo)致設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間空負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，且滑閥閘板在開關(guān)動(dòng)作時(shí)，各縫隙冒灰還會(huì)造成現(xiàn)場(chǎng)污染。

3 輥壓機(jī)運(yùn)行故障

3.1 電機(jī)系統(tǒng)故障

由于輥壓機(jī)的工作環(huán)境惡劣，負(fù)載較大，電機(jī)的故障率較高。常見的電機(jī)故障表現(xiàn)為軸承磨損、繞組溫度過高、滑環(huán)打火和絕緣磨損等方面。

3.1.1 軸承磨損

相比于靜輥軸承，由于動(dòng)輥在工作中不斷調(diào)整輥縫，因此動(dòng)輥輸出端軸承的磨損特別顯著。因此，應(yīng)在動(dòng)輥輸出端使用精度高、強(qiáng)度高的耐磨軸承。

3.1.2 滑環(huán)打火

滑環(huán)打火的原因有很多，如：制成系統(tǒng)中的粉塵堆積在滑環(huán)表面；滑環(huán)與電刷的有效接觸面積縮小；電刷面積裕度??；有的電機(jī)采用銅質(zhì)電刷對(duì)滑環(huán)的磨損明顯。應(yīng)對(duì)措施為：在制成系統(tǒng)中增加除塵裝置；對(duì)于距離較近的兩臺(tái)電機(jī)應(yīng)進(jìn)行隔離；增加電刷數(shù)量；對(duì)于輕微磨損的滑環(huán)可以用砂紙打磨處理。

3.1.3 繞組溫度過高

對(duì)于沒有安裝繞組溫度在線監(jiān)測(cè)的輥壓機(jī)電機(jī)，不能在DCS 系統(tǒng)中查看溫度信息，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后繞組溫度過高會(huì)燒毀電機(jī)。應(yīng)對(duì)措施為：在電機(jī)上配置溫度巡檢儀，將監(jiān)視信號(hào)傳送至后臺(tái)，若繞組溫度過高時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警。

3.1.4 絕緣磨損

車間內(nèi)的粉塵進(jìn)入電機(jī)后成為轉(zhuǎn)動(dòng)部分的磨料，繞組磨損后絕緣被破壞，容易出現(xiàn)繞組短路等故障。應(yīng)對(duì)措施為：增加除塵系統(tǒng)的投入，保持環(huán)境清潔；對(duì)絕緣受到破壞的繞組，可使用云母自粘合膠帶進(jìn)行纏繞；磨損情況較輕的繞組可用絕緣漆涂刷。

3.2 液壓系統(tǒng)故障

液壓系統(tǒng)是輥壓機(jī)擠壓粉碎物料的動(dòng)力來源，液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障會(huì)降低粉碎物料的效果，嚴(yán)重時(shí)可能對(duì)設(shè)備安全造成威脅。液壓系統(tǒng)的原理如圖2 所示，在泵站、閥臺(tái)和油缸三大部分的配合下實(shí)現(xiàn)恒壓力擠壓，擠壓過程中輥縫在小范圍變化，起到緩沖作用的同時(shí)也能保護(hù)液壓裝置。其故障主要有以下幾種：

3.2.1 壓力保持能力差

當(dāng)進(jìn)料閥打開后，投放的物料會(huì)形成一股沖力，動(dòng)輥向后移動(dòng)時(shí)壓力升高，但是在動(dòng)輥向前移動(dòng)時(shí)液壓系統(tǒng)不能保持壓力；系統(tǒng)不能為液壓油泵提供足夠的液壓油；當(dāng)輥縫超過預(yù)定范圍時(shí)會(huì)導(dǎo)致跳閘停機(jī)，主動(dòng)電機(jī)頻繁啟停會(huì)顯著增加電能消耗，降低使用壽命。為改善輥壓機(jī)液壓系統(tǒng)的保壓能力，可采用的應(yīng)對(duì)措施有：根據(jù)相關(guān)技術(shù)參數(shù)改善閥組密封形式，通過安裝支撐密封圈將線密封改進(jìn)為面密封，然后將閥組的設(shè)定值復(fù)原；改善進(jìn)料口的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使進(jìn)料沖擊力減??；調(diào)整溢流閥和液壓系統(tǒng)的工作壓力。

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，不設(shè)回油的單向油缸的內(nèi)部滲油會(huì)在背壓力的作用下滲出活塞桿的邊沿；油缸中的雜質(zhì)和碎屑極易磨損密封圈，降低液壓系統(tǒng)的保壓效果。對(duì)于油缸漏油的情況，可采取的處理措施有：在確定油缸安全行程的情況下增加回油口；安裝過濾器過濾液壓油中的磨屑和雜質(zhì)，防止磨損密封裝置；巡檢過程中對(duì)回油量和密封狀況進(jìn)行監(jiān)視。

3.3 監(jiān)控系統(tǒng)故障

輥壓機(jī)的監(jiān)控軟件為西門子WINCC5.0,控制系統(tǒng)為S7-300型PLC,監(jiān)控系統(tǒng)相當(dāng)于輥壓機(jī)的眼睛和大腦，現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的故障種類有電磁干擾導(dǎo)致的信號(hào)傳輸失敗、通信故障等。輥壓機(jī)所需要采集的物理量有液壓、輥縫、電流、溫度等，這些信號(hào)都是由專用傳感器采集，然后經(jīng)信號(hào)變送器轉(zhuǎn)換為4mA ～20mA 的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，PLC 的模擬量輸入模塊接收電流信號(hào)后進(jìn)行運(yùn)算處理。輥壓機(jī)的開關(guān)量有運(yùn)行狀態(tài)、啟停按鈕等，通過開關(guān)量輸入模塊傳入PLC。PLC 通過DCS 系統(tǒng)與中央控制室相連，操作人員可在遠(yuǎn)方進(jìn)行監(jiān)視和操作。

3.3.1 電磁干擾

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)環(huán)境比較復(fù)雜，一般的信號(hào)輸入輸出模塊都由繼電器、變送器隔離，防止信號(hào)與信號(hào)之間的干擾。如果現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試某些信號(hào)傳輸效果不佳，可檢查信號(hào)電纜、控制電纜和動(dòng)力電纜的布線結(jié)構(gòu)，將各類信號(hào)單獨(dú)布線，并留出足夠的距離。特別是模擬量信號(hào)用電纜，最好使用屏蔽電纜，并做好控制柜接地。

3.3.2 通信故障

信號(hào)的傳輸受到多方面的影響，有些故障案例表明，環(huán)境溫度低可能導(dǎo)致控制信號(hào)偏小，控制系統(tǒng)信號(hào)無法備妥。應(yīng)對(duì)措施為：定期檢查通信系統(tǒng)的電源、環(huán)境溫度、燈光指示等，保持通信系統(tǒng)工況良好。

3.4 機(jī)械系統(tǒng)故障

3.4.1 軸承過熱

輥壓機(jī)軸承過熱是常見的機(jī)械故障，其熱量的累積來源于兩方面：①熟料溫度本身較高，疊加了動(dòng)靜輥對(duì)其做功的能量，經(jīng)過金屬傳導(dǎo)，熱量很快集中在軸承底座上；②軸承自身轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦生熱。正常情況下，安裝在同一個(gè)輥?zhàn)觾啥说妮S承溫度應(yīng)該相差不大，如果出現(xiàn)軸承過熱，可采取的措施有：查看液壓管路是否有異物堵塞，油缸內(nèi)的液壓油是否污染或液面下降，若有可能對(duì)軸承的潤(rùn)滑油及時(shí)更換或補(bǔ)充；軸的冷卻水管路內(nèi)會(huì)積存水垢，導(dǎo)致冷卻效果變差，建議采用除垢劑清洗冷卻水管路。

3.4.2 軸承跑內(nèi)圈

軸承跑內(nèi)圈的后果較為嚴(yán)重，輕則導(dǎo)致軸承溫度升高，嚴(yán)重時(shí)會(huì)剪斷壓環(huán)螺栓，軸承不能被壓緊。出現(xiàn)軸承跑內(nèi)圈現(xiàn)象后，應(yīng)當(dāng)深入分析其產(chǎn)生的原因并對(duì)癥施治，若是安裝時(shí)軸和軸承表面存在油污，建議重新安裝軸承，在安裝前用汽油仔細(xì)擦洗內(nèi)表面，軸承安裝的部位應(yīng)盡可能選擇環(huán)境條件好的部位。

4 改造措施

（1）對(duì)輥壓機(jī)輥?zhàn)虞S承冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造，在軸承座上增加水冷卻裝置（見圖1）。改造后，軸承溫度降低了30℃左右，輥?zhàn)虞S承長(zhǎng)期穩(wěn)定在60℃左右運(yùn)行，大幅減少了潤(rùn)滑油的消耗量。

圖1 改造后的水冷卻裝置

（2）對(duì)側(cè)擋板頂緊裝置進(jìn)行改造（見圖2）。將普通材質(zhì)M36mm 的絲杠改造為8.8 級(jí)M42mm 的絲杠；將原來的碟形彈簧改為14mm 規(guī)格的壓縮彈簧（見圖2）；將彈簧底座及支架鋼板由δ12mm 的鋼板改為δ22mm 的鋼板；將彈簧底座固定螺栓由原來的兩個(gè)普通材質(zhì)M12mm 螺栓改為四個(gè)8.8 級(jí)M20mm螺栓。改造后，生產(chǎn)運(yùn)行期間，頂緊裝置無故障發(fā)生，基本未更換過備件。

圖2 改造后的頂緊裝置

（3）對(duì)現(xiàn)使用的側(cè)擋板結(jié)構(gòu)及壓力區(qū)耐磨材料進(jìn)行了改造優(yōu)化。一是將壓力區(qū)頻繁磨損部位與側(cè)擋板整體進(jìn)行了法蘭連接分體式改造（見圖3），當(dāng)壓力區(qū)磨損時(shí)，只需對(duì)壓力區(qū)耐磨材料進(jìn)行更換，無須整體更換側(cè)擋板。二是對(duì)壓力區(qū)頻繁磨損部位耐磨材料進(jìn)行優(yōu)化，將壓力區(qū)的普通耐磨材料更換為合金耐磨材料（見圖3）。優(yōu)化后，側(cè)擋板的使用壽命大幅延長(zhǎng)，輥壓機(jī)運(yùn)行功率有一定提高。

圖3 改造后的側(cè)擋板擠壓區(qū)

（4）電液推桿由原來的一臺(tái)增加為兩臺(tái)（見圖4a），解決了原電液推桿推力小及閘板偏斜、阻力大等問題，閘板開關(guān)靈活、到位。另外，在滑閥閘板部位制作安裝了集塵罩及收塵管道（見圖4b），收塵管道對(duì)接在輥壓機(jī)本體的收塵管道上，解決了閘板開關(guān)時(shí)各縫隙冒灰的問題。

5 改造效果

改造后，原料粉磨系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，輥壓機(jī)輥?zhàn)虞S承運(yùn)行溫度長(zhǎng)期穩(wěn)定在60℃左右，解決了側(cè)擋板頂緊裝置受物料擠壓，緩沖能力不足及材質(zhì)強(qiáng)度不夠造成的變形問題，提高了輥壓機(jī)運(yùn)行功率及運(yùn)轉(zhuǎn)率，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度及輥壓機(jī)的維修費(fèi)用，降低了潤(rùn)滑油消耗量，環(huán)境污染得到了根治，取得了良好的改造效果。

6 運(yùn)行優(yōu)化策略

6.1 檢測(cè)長(zhǎng)年限設(shè)備狀態(tài)

日本原裝設(shè)備因其獨(dú)特構(gòu)造，企業(yè)設(shè)備管理部門多年來只對(duì)其做外部檢驗(yàn)，未針對(duì)其特殊構(gòu)造安排無損探傷檢測(cè)其內(nèi)部齒輪情況。因原制造商已無法取得聯(lián)系，更無法獲得相關(guān)維護(hù)保養(yǎng)的技術(shù)指導(dǎo)，故企業(yè)只能繼續(xù)保持設(shè)備投產(chǎn)，當(dāng)設(shè)備損壞后重新選擇國內(nèi)供應(yīng)商做置換處理。對(duì)運(yùn)行年限長(zhǎng)的關(guān)鍵機(jī)器設(shè)備安排定期狀態(tài)檢查，包括針對(duì)裂紋的無損檢測(cè)（NDT），全面掌握其狀態(tài)，并根據(jù)其缺陷情況采取針對(duì)性措施或者及時(shí)處理，避免設(shè)備意外損壞影響生產(chǎn)。

6.2 完善設(shè)備潤(rùn)滑管理體系

潤(rùn)滑管理是設(shè)備管理的重要環(huán)節(jié)，需要在管理和技術(shù)上采取一系列有效措施。

（1）潤(rùn)滑油檢測(cè)。潤(rùn)滑管理體系中，潤(rùn)滑油檢測(cè)意義尤為重大，在針對(duì)一些無法直接開蓋檢查其潤(rùn)滑部位的設(shè)備，通過對(duì)油液檢測(cè)的理化指標(biāo)、污染度、光譜、鐵譜等信息的綜合分析，并參考設(shè)備的運(yùn)行工況、設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)維修保養(yǎng)記錄，可以有效實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的磨損故障診斷，找出設(shè)備故障發(fā)生的部位，確定故障的類型，解釋故障發(fā)生的原因，預(yù)測(cè)故障發(fā)生的時(shí)間，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常磨損故障隱患，指導(dǎo)設(shè)備的狀態(tài)維修，避免重大惡性設(shè)備事故發(fā)生，降低設(shè)備維修費(fèi)用。

（2）加大潤(rùn)滑油加注培訓(xùn)。建議企業(yè)在設(shè)備投入前，要求設(shè)備供應(yīng)商對(duì)設(shè)備管理人員、設(shè)備使用人員、設(shè)備維修人員進(jìn)行培訓(xùn)，充分掌握各種潤(rùn)滑油使用方法和補(bǔ)充更換周期，防止誤用潤(rùn)滑油。

（3）建立潤(rùn)滑油檢驗(yàn)制度。企業(yè)內(nèi)部應(yīng)建立潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)制度，制定新油品檢驗(yàn)制度和在用油品檢驗(yàn)制度。新油品檢驗(yàn)制度即在企業(yè)采購新油品時(shí)，必須要求油品供應(yīng)商提供每批次油品的合格證及檢測(cè)報(bào)告，在有條件的情況下取油品小樣按要求進(jìn)行檢測(cè)，復(fù)核所購油品的各項(xiàng)參數(shù)。在用油品檢驗(yàn)制度應(yīng)根據(jù)設(shè)備實(shí)際使用情況制定取樣送檢規(guī)范，確定周期與對(duì)應(yīng)流程，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及時(shí)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理。

（4）規(guī)范潤(rùn)滑油檢測(cè)周期。對(duì)于可能涉及減速機(jī)的主要設(shè)備潤(rùn)滑油，規(guī)劃大致檢驗(yàn)周期，如各類生料立磨、煤磨等關(guān)鍵設(shè)備的減速機(jī)、液壓站中的齒輪油和液壓油推薦檢測(cè)周期為6 個(gè)月左右，若使用新油品可適當(dāng)放寬但不宜超過1 年。

（5）制定潤(rùn)滑異常處理措施。常見的油品異常包括固體雜質(zhì)污染、磨損異常等：固體雜質(zhì)污染大多發(fā)現(xiàn)于粉塵濃度較高的磨機(jī)系統(tǒng)設(shè)備潤(rùn)滑系統(tǒng)中，如輥壓機(jī)減速機(jī)、礦料磨主減速機(jī)；磨損異常大多發(fā)生于轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)及磨合處，如立磨、回轉(zhuǎn)窯等。建議根據(jù)潤(rùn)滑油異常情況制定不同的管理措施。

6.3 創(chuàng)建設(shè)備預(yù)測(cè)性維保框架

建議企業(yè)創(chuàng)建符合當(dāng)下設(shè)備安全、高效運(yùn)行的保養(yǎng)、維修方式，在故障發(fā)生前預(yù)判發(fā)生的可能性，以及時(shí)、科學(xué)的檢測(cè)，指導(dǎo)充分、有效的保養(yǎng)，輔以專業(yè)、高效的維修，逐步梳理“以養(yǎng)代修”的理念，打造對(duì)設(shè)備基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的預(yù)測(cè)性運(yùn)維框架，提高設(shè)備使用壽命、節(jié)約維修成本、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、避免重大事故發(fā)生。如設(shè)備的潤(rùn)滑管理中，利用潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)磨損狀態(tài)的工作機(jī)理，通過對(duì)設(shè)備在用油中磨損金屬的顆粒分析，預(yù)測(cè)設(shè)備主要摩擦故障情況，診斷故障部位、原因和程度，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行保養(yǎng)或維修。

6.4 打造設(shè)備智能健康管理系統(tǒng)

在預(yù)測(cè)性維?？蚣芟?，建立一套設(shè)備智能健康管理系統(tǒng)，通過多種技術(shù)手段來掌握關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)設(shè)備狀態(tài)。在機(jī)器設(shè)備狀態(tài)管理智能共享系統(tǒng)或平臺(tái)中，將振動(dòng)數(shù)據(jù)、潤(rùn)滑管理（油液分析）、紅外熱成像等多種形式的機(jī)械設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)、檢測(cè)、診斷，對(duì)設(shè)備故障的根源進(jìn)行有效維修。將各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)采集到數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，通過專業(yè)數(shù)據(jù)分析，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息和故障信息，對(duì)設(shè)備進(jìn)行定點(diǎn)、定向的、有針對(duì)性的預(yù)測(cè)性維護(hù)和保養(yǎng)，根據(jù)監(jiān)測(cè)手段所獲取的各種狀態(tài)信息，準(zhǔn)確判斷故障原因和設(shè)備隱患。

7 結(jié)論

輥壓機(jī)是礦山最復(fù)雜、故障率也較高的設(shè)備，本文按照輥壓機(jī)的組成部分，分析了電機(jī)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的各類常見故障，并給出了相應(yīng)的處理建議。對(duì)于已經(jīng)發(fā)生的故障，應(yīng)結(jié)合實(shí)際條件和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行維修。在平時(shí)的工作中應(yīng)注重提高輥壓機(jī)的可靠性，以預(yù)防的角度維護(hù)輥壓機(jī)，減少故障停機(jī)概率，從而提高公司的經(jīng)濟(jì)效益。