礦物磨機開式齒輪不對中檢測及調整方法研究

導讀(dú)：開式齒輪(lún)是礦物磨(mo)機的關鍵(jiàn)部件，不對(dui)中是運行(hang)過程中常(chang)見的問題(tí)。大小齒輪(lún)不對中會(huì)使局部齒(chi)面出現偏(piān)載，若檢測(ce)✏️或調整方(fāng)法不當，會(huì)造成齒面(mian)損傷甚至(zhì)斷齒，嚴重(zhòng)縮短齒輪(lún)的使用壽(shou)命。結合礦(kuang)物磨機開(kāi)式齒輪維(wéi)護實踐經(jing)驗，介紹了(le)在線齒面(mian)溫差和軸(zhóu)承座振動(dòng)的不對中(zhōng)檢測方法(fa)，并對🌐如何(he)通過側隙(xì)和墊片高(gao)效地調整(zhěng)開式齒輪(lún)角度🈲不對(dui)中進行了(le)研🌈究與總(zong)結，爲科學(xué)檢測、高效(xiào)調整提供(gong)了指導。

由(yóu)于礦物磨(mó)機開式齒(chǐ)輪傳動工(gōng)況比較惡(e)劣，特别♋是(shì)出🏒現不對(duì)中時，局部(bù)齒面承受(shòu)高載荷，導(dǎo)緻齒面過(guo)早出現點(dian)蝕或裂紋(wén)，大大縮短(duan)了齒輪的(de)使用壽命(mìng)；當偏載過(guo)大時，大齒(chǐ)輪齒面甚(shèn)至出♻️現斷(duan)裂失效。根(gēn)據國内🏃‍♀️案(àn)例，采用堆(dui)焊修複💘一(yi)個斷齒所(suo)需時間約(yuē)爲 3~6d；如需更(geng)換齒輪，在(zài)人員、器具(jù)和齒㊙️輪備(bei)件準備到(dao)位的前提(ti)下，也至少(shao)需要15d；而且(qiě)修複後的(de)使用效果(guo)存在不确(que)定性，爲生(sheng)産運營帶(dài)來了巨大(da)的經濟✂️損(sun)失。

開式齒(chǐ)輪不對中(zhōng)是礦物磨(mó)機運行過(guò)程中常見(jian)的問題，産(chan)生的主要(yào)原因如下(xia)。

(1) 在安裝初(chū)期，磨機負(fu)荷試車時(shí)，負荷、筒體(tǐ)和軸承等(děng)部件👈溫🥰度(dù)升高，筒體(ti)撓度、熱變(bian)形等随之(zhī)改變，開式(shi)齒輪❤️的對(duì)中狀況也(yě)發生❌了變(bian)化。

(2) 在礦物(wu)磨機運轉(zhuǎn)時，随着時(shi)間的推移(yi)，主軸承、小(xiǎo)齒✍️輪軸等(děng)不同🈲部位(wèi)地基沉降(jiàng)不均，影響(xiǎng)開式齒輪(lún)的對中狀(zhuàng)況⭐；另外，不(bu)可避免的(de)振動導緻(zhì)固定軸承(cheng)座的螺栓(shuan)📞轉矩出現(xian)降低，受啓(qǐ)動過程中(zhong)的瞬時沖(chòng)擊影響，小(xiao)齒輪軸組(zǔ)底闆相對(dui)大✏️齒輪也(yě)可能發生(shēng)移位。

實際(jì)生産過程(chéng)中，經常出(chu)現因開式(shi)齒輪不對(duì)中檢測方(fāng)法不當，沒(mei)有及時發(fa)現并采取(qǔ)措施，造成(cheng)齒輪斷齒(chi)的設備事(shi)☂️故。當齒輪(lún)出現偏載(zǎi)時，在實施(shī)調整🧡過程(cheng)中，由于生(shēng)産計劃緊(jǐn)張，要求一(yī)次🧡性高效(xiao)完成㊙️調整(zheng)，并達到規(guī)定的溫度(du)偏差範圍(wéi)，這更是一(yī)個普✍️遍存(cún)在的技術(shù)難題。有時(shi)采用了錯(cuo)誤🈲的調整(zheng)方法，進一(yi)步加劇📧了(le)㊙️齒面偏載(zǎi)，不僅因返(fan)工增加了(le)非計劃檢(jiǎn)修時間，還(hái)可能對大(da)🔅齒輪齒面(miàn)造成永久(jiu)性的損傷(shāng)。筆者針對(duì)以上問題(ti)分别進行(hang)了深入分(fen)析、研究與(yǔ)總結，爲科(kē)學合理檢(jiǎn)測、正确高(gāo)效調整不(bu)♋對中📱提供(gong)正确指導(dǎo)。

1 不對中的(de)檢測方法(fǎ)介紹

開式(shi)齒輪不對(dui)中的檢測(ce)方法通常(cháng)分爲離線(xian)檢測方法(fǎ)和在線檢(jian)測方法。離(li)線檢測方(fang)法包括測(ce)量側隙法(fa)♉和接🈲觸面(miàn)🍓積法；在線(xian)檢測方法(fa)包括在線(xiàn)齒面溫度(du)測✌️量法和(he)✍️在線軸承(chéng)座振動測(ce)量法。筆者(zhě)僅介紹在(zài)線檢測的(de)方法。

1.1 在線(xian)齒面溫度(dù)測量法

開(kai)式齒輪不(bu)對中将導(dǎo)緻沿整個(gè)齒面負載(zai)分布不均(jun)，并📧在高負(fu)載點産生(shēng)高的運行(hang)溫度。當齒(chi)面溫度較(jiào)均勻時，表(biǎo)明齒面承(chéng)受均勻的(de)載荷，也表(biao)明齒輪處(chù)于較佳對(dui)中🚶狀态。

通(tong)常選用小(xiao)齒輪而不(bú)是大齒輪(lún)齒面溫度(dù)來判斷開(kāi)式齒輪是(shì)否出現不(bú)對中現象(xiang)。這是因爲(wèi)實際運行(háng)時，發現大(dà)齒輪齒💚面(miàn)溫度和偏(piān)差均比小(xiǎo)齒輪的更(geng)小，無法敏(min)感地反映(yìng)🥵齒輪不對(duì)中的問題(tí)；同時，受大(dà)齒輪安裝(zhuāng)精度的影(ying)響，不同🐕位(wèi)置大齒輪(lun)齒面的溫(wēn)度分布也(yě)不一緻。圖(tú) 1 和圖 2 是某(mǒu)運行中磨(mo)機大齒輪(lún)和小齒輪(lún)的熱成像(xiàng)圖。圖 1 顯示(shi)小齒輪齒(chi)面溫度偏(pian)差約 10.6 ℃，齒面(miàn)最高溫度(du)爲🐉 58.7 ℃。圖 2 顯示(shi)大齒輪齒(chi)面溫度偏(piān)差小于 1.0℃，齒(chǐ)面最高👉溫(wēn)度爲 38.0 ℃，比小(xiǎo)齒輪齒面(mian)最高溫度(du)低了 20.7 ℃；同時(shi)，相鄰時刻(kè)✉️拍攝的兩(liang)張大齒輪(lún)齒面的溫(wēn)度分布也(yě)略有🛀不同(tóng)。

圖1 某運行(háng)中磨機小(xiǎo)齒輪齒面(miàn)熱成像

小齒(chǐ)輪齒面溫(wen)度通常是(shì)利用齒輪(lún)罩上安裝(zhuāng)的 3 個紅外(wai)測溫傳感(gǎn)器實現在(zài)線測量的(de)，如圖 3 所示(shì)。利用手持(chí)測溫槍定(dìng)⛹🏻‍♀️期從觀察(cha)💋門處測量(liang)齒面溫度(dù)，并與紅外(wài)測💜溫傳感(gan)♻️器數據進(jin)行比對，确(que)保在線監(jiān)測數據準(zhǔn)确性也非(fei)常有必要(yao)。同時，熱成(cheng)像儀💞作爲(wei)專業監測(ce)工具，能夠(gou)提供更加(jiā)🛀直觀全面(mian)的溫度分(fen)布信📞息。例(lì)如，繪制沿(yán)齒寬方向(xiang)某位♈置溫(wen)度曲線，獲(huò)取任一點(diǎn)、線或區域(yù)處的最高(gāo)、最低和平(ping)均溫度，如(ru)圖 4 所示。可(ke)以看出，監(jian)測位置的(de)最高溫度(du)爲🐪 67.61 ℃，最低溫(wen)度爲58.10 ℃，平均(jun)溫度爲 64.70 ℃。

圖(tú)3 安裝在齒(chi)輪罩上的(de)紅外測溫(wen)傳感器

1.2 在線(xian)軸承座振(zhen)動測量法(fa)

由于磨機(ji)開式斜齒(chǐ)輪的縱向(xiàng)重合度通(tōng)常大于 1，傳(chuán)動比較平(píng)🏃‍♀️穩，使軸承(chéng)座上的振(zhen)動值無法(fǎ)敏感地反(fan)映齒輪副(fù)的不對中(zhong)狀态🎯，僅可(kě)作爲一個(gè)參考的檢(jian)測方法。表(biǎo) 1 所列爲某(mou)台磨機 4 種(zhǒng)不同溫度(dù)偏差下，兩(liǎng)♋種齒輪齧(niè)合頻率的(de)小齒輪軸(zhóu)組水平方(fāng)向軸承座(zuo)振動數據(jù)。該數據顯(xiǎn)示齒面溫(wen)度偏差與(yu)振動值沒(mei)☁️有較大的(de)相關性，即(ji)使明顯不(bú)對中的齒(chi)輪，其齧合(he)頻率的 2 倍(bei)🔅頻振動💃🏻值(zhí)也較⛱️低。表(biao) 2 所列💜爲調(diao)整不對中(zhōng)前後齒面(miàn)溫度偏差(cha)㊙️與軸承座(zuo)振動數據(jù)。可以看出(chu)，4 組不對中(zhōng)的開式齒(chǐ)輪在調整(zheng)後溫度偏(pian)差均至少(shǎo)減少 80%，而軸(zhou)承座振☀️動(dòng)速度值大(da)部分降幅(fu)在 15% 以上。

表(biǎo)2 調整不對(duì)中前後齒(chi)面溫度偏(piān)差與軸承(chéng)座振動數(shù)✂️據

開(kāi)式齒輪不(bú)對中通常(chang)表現爲平(píng)行不對中(zhōng)、角度不對(dui)中以及綜(zong)合不對中(zhōng)，不同的形(xing)式産生不(bu)同的影💔響(xiǎng)，需要采取(qu)對應的🥵措(cuò)施進行調(diao)整。

2.1 平行不(bú)對中

平行(hang)不對中在(zài)設備實際(jì)工況中發(fā)生較少，影(ying)響相對較(jiào)小，在😍此不(bu)進行深入(rù)研究。平行(háng)不對中主(zhǔ)要表現爲(wèi)在水平方(fang)向上小齒(chi)輪與大齒(chi)輪齒面兩(liang)端側隙值(zhi)或頂隙值(zhí)比較一緻(zhi)，但兩齒輪(lún)設計節圓(yuan)相對位置(zhì)出現🤩重疊(dié)或者距離(lí)過大🔴，有時(shi)會造成異(yi)常振動、齒(chǐ)面溫度過(guò)高等問題(tí)🈚，通過整體(tǐ)平💚移即可(kě)調整🥰到位(wèi)。

2.2 角度不對(dui)中

角度不(bú)對中會造(zào)成沿齒向(xiàng)的載荷分(fèn)布不均，齒(chǐ)面溫度産(chan)生偏差。角(jiǎo)度不對中(zhong)又分爲水(shui)平角度不(bu)對中和🚩豎(shù)直🛀角度🈲不(bu)對中，如📐圖(tu) 5、6 所示。

圖5 水(shuǐ)平角度不(bu)對中示意(yì)

圖6 豎直角(jiao)度不對中(zhōng)示意

水平角(jiǎo)度不對中(zhōng)時，小齒輪(lun)與大齒輪(lún)齒面兩端(duān)側隙值出(chū)現🤞明顯的(de)差值，可通(tōng)過移動一(yi)側軸承座(zuò)使♻️側隙值(zhi)達到一緻(zhi)，實現載荷(he)的均勻分(fen)布，最終表(biǎo)現❄️爲均勻(yún)🔞的齒面溫(wēn)度。爲了确(que)定水平移(yí)動量，達到(dao)僅一次調(diào)整便使側(cè)隙值接近(jin)一緻的目(mu)的，需掌握(wo)軸承座水(shui)平移動與(yu)側隙值量(liang)化關系。圖(tu) 7 所示爲側(cè)隙🚩的測量(liang)方式。需注(zhù)意的是，受(shou)白天與夜(ye)晚環境☂️溫(wen)度和大齒(chi)輪端跳與(yǔ)徑跳的影(ying)響，個别位(wèi)置的側隙(xi)值大小會(hui)出現波動(dong)，但應使圖(tu) 7 中測得的(de)齒側隙值(zhi) x1+x2 (齒向左側(ce)接觸面和(hé)齒隙⛹🏻‍♀️面 2 個(ge)側隙值之(zhi)和) 與 x3+x4(齒向(xiang)右側接觸(chù)面和齒隙(xi)面 2 個側隙(xi)值之和) 的(de)差🌈值盡量(liàng)小，且接觸(chu)側無間隙(xì)。

圖7 側隙的(de)測量方式(shi)

圖8 所示爲(wei)大、小齒輪(lún)的安裝示(shì)意。在實際(ji)維護工作(zuo)中，測量的(de)🏃‍♂️齒面側隙(xì)值對應于(yú)節圓處的(de)側隙變化(huà)值 jbn，根據齒(chi)輪幾何特(te)性，結🧑🏽‍🤝‍🧑🏻合大(da)、小齒輪位(wèi)置關系可(kě)以得出換(huan)算式

式中(zhōng)：Δs 爲小齒輪(lún)軸水平移(yi)動距離，mm；θ 爲(wei)大、小齒輪(lún)安裝角，(°)；αn 爲(wèi)齒輪法向(xiàng)壓力角，(°)。

例(li)如，小齒輪(lun)軸一側水(shui)平移動距(ju)離 Δs=1 mm時，假設(shè) θ =14°，αn=25°，此時 jbn=0.9 mm，即節(jie)🎯圓處的側(ce)隙變化值(zhi)爲 0.9 mm。

圖8 大、小(xiǎo)齒輪安裝(zhuāng)位置示意(yì)

2.2.2 豎直角度(dù)不對中

當(dāng)小齒輪與(yu)大齒輪齒(chi)面兩端側(cè)隙值和頂(ding)隙值基本(ben)一緻時，齒(chǐ)🤟面溫度仍(reng)顯示偏差(chà)，可判斷爲(wèi)豎直角度(dù)不對中。此(cǐ)時，需要♉将(jiāng)小⛱️齒輪在(zài)豎直方向(xiang)進行上下(xià)調整🌈來保(bao)證兩端齧(niè)合承載🔴均(jun1)勻性。現場(chǎng)搜集若幹(gàn)組豎直角(jiǎo)度不對中(zhong)齒輪，對其(qí)調整前後(hòu)的溫度🐪偏(piān)差變化、調(diao)整量和磨(mó)機實際運(yùn)行功率進(jin)行數據⭐分(fen)析與研究(jiū)，筆者提出(chū)了經驗回(hui)歸公式

式(shi)中：S 爲所需(xu)的墊片調(diao)整量，mm；ΔT 爲需(xu)要調整的(de)溫差值，℃；Lr 爲(wèi)磨機的🥵長(zhang)徑比，P1 爲實(shi)際運行功(gōng)率，kW；Pn 爲磨機(jī)額定裝機(jī)功率，kW。

式 (2) 考(kao)慮了磨機(ji)規格不同(tóng)長徑比以(yi)及在不同(tóng)載荷下的(de)筒體撓度(du)對溫度偏(pian)差的影響(xiang)，能夠較爲(wei)可靠地确(què)😍定在豎直(zhí)角度不對(duì)中情況下(xia)小齒輪軸(zhou)組的調整(zheng)量☂️。結合表(biao) 3 中的 7 組實(shí)際數據，利(li)用式 (2) 計算(suàn)墊片調整(zheng)量，結💔果與(yu)實際⭐墊片(piàn)調整♋量最(zuì)大差值小(xiao)于 0.05 mm，對比曲(qu)線如圖 9 所(suo)示。滿足現(xiàn)場調整的(de)施💃🏻工和精(jīng)度需求。

圖9 實際(jì)的墊片調(diao)整量與計(ji)算的墊片(pian)調整量比(bǐ)較

3 讨論

開(kai)式齒輪不(bu)對中的調(diao)整是一個(gè)精密操作(zuo)的過程，需(xu)要🐕使用百(bǎi)分表記錄(lu)，并确認固(gu)定端和遊(yóu)動端軸承(cheng)座在調整(zheng)過程中的(de)實際位移(yí)量。同時，需(xu)考慮軸承(cheng)遊隙、軸承(cheng)座螺栓緊(jin)固順序、小(xiǎo)齒輪軸與(yǔ)電動機或(huo)減速器🔴的(de)同軸度等(deng)因素，結果(guo)易受操作(zuo)者水平🔱的(de)影響。特别(bie)是當電動(dong)機無法調(diào)整時，在調(diao)整小齒輪(lun)時，需要綜(zōng)合考慮對(duì)應聯軸器(qì)同軸度，避(bì)免開式齒(chi)輪對中調(diao)整後，由聯(lián)軸器同軸(zhou)度🛀🏻超标導(dǎo)緻異常🧑🏽‍🤝‍🧑🏻振(zhen)動問題。

開式齒(chi)輪的不對(dui)中是磨機(ji)運行中的(de)常見問題(ti)，該問題的(de)出現不利(li)于大齒輪(lun)長期穩定(ding)運行，嚴重(zhong)時短期内(nèi)可能對齒(chi)輪造成直(zhi)接損壞。通(tōng)過在線齒(chi)面🔅溫度檢(jiǎn)測法，可及(jí)時地發現(xian)不對中問(wèn)題。針對常(chang)見的角度(dù)不對中情(qing)況，水平和(he)豎直方向(xiàng)調整小齒(chǐ)輪㊙️軸承座(zuo)是最有效(xiào)的解決方(fāng)法。需要注(zhu)意的是，在(zai)調🐕整開始(shi)前，需确‼️定(dìng)溫度偏差(cha)是否由不(bú)對中導緻(zhì)，以及不對(duì)中🔞的具體(ti)類型。

針對(duì)水平角度(du)不對中情(qíng)況下調整(zhěng)側隙的要(yao)求，爲了高(gao)效準确地(dì)實施調整(zhěng)，結合磨機(ji)齒輪的幾(ji)何結構，确(què)🔴定了小齒(chǐ)🏒輪軸水平(píng)移動量與(yu)側隙變化(hua)量的關系(xì)式。

對豎直(zhí)角度不對(duì)中情況下(xià)如何确定(dìng)調整墊片(pian)厚👈度🐪的難(nan)📱點，結合 7 組(zǔ)現場實際(jì)調整數據(jù)，綜合考慮(lǜ)了💛磨機規(gui)格🌍的不♻️同(tong)長🧡徑比以(yǐ)及在不同(tóng)載荷下的(de)筒體撓度(dù)對溫度偏(piān)差的🥰影響(xiang)，提出了可(kě)量化經驗(yan)回👨‍❤️‍👨歸公式(shi)。利用該公(gong)式計算的(de)墊片調整(zheng)量與實際(jì)墊片調整(zheng)量最大差(chà)值小于 0.05 mm，滿(mǎn)足調整的(de)精度需求(qiu)。還🐅可根據(jù)更多現場(chǎng)數據，驗證(zheng)和修正計(jì)算調整墊(nian)片厚度的(de)經驗回歸(gui)公式，降😘低(dī)開式齒㊙️輪(lun)調整的技(ji)術難度，節(jie)約調整工(gong)作的時長(zhang)，爲齒輪副(fu)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼長期安全(quán)平穩運行(hang)創造有利(li)條件。

由于(yu)各磨機工(gong)況不同，當(dāng)采用以上(shang)方法不便(biàn)或調整效(xiào)果不理想(xiang)時，需使用(yong)着色劑查(chá)看開式齒(chi)輪實際接(jiē)觸情況，分(fèn)析原因并(bìng)采取其他(ta)相應措施(shī)。