礦物磨機開式(shì)齒輪不對中檢測(cè)及調整方法研究(jiu)
導讀：開式(shì)齒輪是礦物磨機(ji)的關鍵部件，不對(dui)中是運行🏃♂️過程中(zhong)✉️常見的問題。大小(xiao)齒輪不對中會使(shǐ)局🧑🏽🤝🧑🏻部齒面出現偏(pian)載，若檢測或調整(zhěng)方法不當，會造成(cheng)齒面損傷甚至👉斷(duàn)齒，嚴重縮短齒輪(lun)的使用壽命。結🧑🏽🤝🧑🏻合(he)礦物磨機開式齒(chi)輪維護實踐經驗(yàn)，介紹了在線齒面(mian)溫差和軸承座振(zhèn)動✨的不對中檢測(ce)方法，并對🔞如何通(tong)過側隙和墊片高(gāo)效地調整開式齒(chi)輪角度不對中進(jìn)行了研究與總☔結(jié)，爲科學檢測、高效(xiào)調整提供了指導(dǎo)。
由于礦物磨機開(kāi)式齒輪傳動工況(kuang)比較惡劣，特别是(shì)❤️出現不對中時，局(ju)部齒面承受高載(zai)荷，導緻齒面過早(zǎo)出現👅點蝕或裂紋(wén)，大大縮短了齒輪(lun)的使用壽命；當偏(pian)載過大時，大齒輪(lún)齒面🏃♀️甚至出現斷(duàn)裂失效🏃🏻。根據國内(nei)案例，采用堆焊修(xiū)複一個斷齒所需(xu)時間🔅約爲 3~6d；如需更(geng)換齒輪，在人員、器(qì)具和齒輪備件準(zhǔn)備💁到位的前提♍下(xià)，也至少需要15d；而且(qiě)修複後的使用效(xiào)果存在不确定性(xìng)♍，爲生産💁運營帶來(lai)了巨大的經濟損(sǔn)失。
(1) 在安裝(zhuāng)初期，磨機負荷試(shì)車時，負荷、筒體和(he)軸承等部件溫度(dù)升高，筒體撓度、熱(rè)變形等随之改變(bian)，開式齒輪的對🐅中(zhong)狀況也發生了變(bian)化。
(2) 在礦物磨機運(yun)轉時，随着時間的(de)推移，主軸承、小齒(chi)輪🈲軸等🛀不同部位(wei)地基沉降不均，影(ying)響開式齒輪的🐕對(dui)中狀況；另外，不可(ke)💛避免的振動導緻(zhì)固定軸承座的螺(luó)栓轉矩出現降低(di)😘，受啓動🐉過程中🆚的(de)瞬時沖擊影響，小(xiao)齒輪軸組底闆相(xiang)對大齒輪也可能(neng)發生移🌈位。
實際生(sheng)産過程中，經常出(chū)現因開式齒輪不(bu)對中檢測方⛷️法不(bu)當，沒有及時發現(xian)并采取措施，造成(chéng)齒輪斷齒的設備(bèi)事故。當齒輪出現(xiàn)偏載時，在實施調(diao)整💋過程中，由于生(shēng)🐇産計劃💘緊張，要求(qiú)一次性高效完成(chéng)調整，并達到規定(ding)的溫度偏差範圍(wei)，這更是一個普遍(biàn)存在的技術難題(tí)。有時采用了錯誤(wu)的調整方法，進一(yi)步加劇了齒面偏(piān)載，不僅😘因返工增(zeng)加了👣非計劃檢修(xiu)時間，還可能對大(da)👈齒輪齒面造成永(yǒng)久性的損傷。筆者(zhe)針對以上💯問題分(fèn)别進行了深入分(fèn)析、研究與總結，爲(wèi)科學合理檢測、正(zhèng)确高效調整不對(duì)中提供正确指導(dǎo)。
1 不對中的檢測方(fang)法介紹
開式齒輪(lún)不對中的檢測方(fāng)法通常分爲離線(xiàn)檢測方法⁉️和在❄️線(xiàn)檢測方法。離線檢(jian)測方法包括測量(liang)側隙法和接觸面(miàn)🛀積法；在線檢測方(fang)法包括在線齒面(miàn)溫度測量法和在(zai)線軸承座振動測(cè)量法。筆者僅介紹(shào)在線檢測的方法(fǎ)。
1.1 在線齒面溫度測(ce)量法
開式齒輪不(bu)對中将導緻沿整(zhěng)個齒面負載分布(bu)不均，并😘在高負載(zǎi)點産生高的運行(hang)溫度。當齒面溫度(dù)較均勻時，表明齒(chi)面👌承受均勻的載(zǎi)荷，也表明齒輪處(chu)于較佳對中狀态(tài)。
通常選用小齒輪(lún)而不是大齒輪齒(chi)面溫度來判斷開(kāi)式齒輪是否出現(xian)不對中現象。這是(shi)因爲實際運行時(shí)，發現大齒輪齒面(miàn)溫度和偏差均比(bǐ)小齒輪的更小，無(wú)法敏感地反映齒(chi)輪不對中的問題(ti)；同時，受大齒輪安(an)裝精度的影響，不(bú)同位置大齒輪齒(chǐ)面的溫度分布也(yě)♍不一緻。圖 1 和圖 2 是(shì)某運行中磨機大(da)齒輪和小齒輪的(de)熱成像圖。圖 1 顯示(shì)小齒輪齒面溫度(du)偏差約 10.6 ℃，齒面最高(gao)💃溫度爲 58.7 ℃。圖 2 顯示大(da)齒輪齒面溫度偏(pian)差小于 1.0℃，齒面最高(gāo)溫度爲 38.0 ℃，比小齒輪(lun)😄齒🍓面最高溫度低(dī)了 20.7 ℃；同🌍時，相鄰時刻(kè)拍攝的兩張大齒(chǐ)輪齒面的🔴溫度分(fèn)布也略有不同。
圖(tú)1 某運行中磨機小(xiao)齒輪齒面熱成像(xiàng)
圖2 某運行中磨機(jī)大齒輪齒面熱成(chéng)像
小齒輪齒面溫(wēn)度通常是利用齒(chi)輪罩上安裝的 3 個(gè)紅外測溫👉傳感器(qi)實現在線測量的(de)，如圖 3 所示。利用手(shou)持測溫槍定期從(cóng)觀察‼️門處測量齒(chǐ)面溫度，并與紅外(wài)測溫傳感器數據(jù)進行比對，确保在(zài)線監測數據準确(que)性也非常有必要(yao)。同時📞，熱成像儀作(zuò)爲專業監測工具(jù)，能夠提供更加直(zhi)觀全面的溫度分(fen)布信息。例如，繪制(zhi)沿齒寬方向某位(wei)置溫度曲線，獲取(qǔ)任👅一點、線或區域(yu)處的最高、最低和(he)平均溫度，如圖 4 所(suǒ)示♋。可以看出，監測(ce)位⭐置的最高溫度(du)爲 67.61 ℃，最🔴低溫度爲58.10 ℃，平(ping)均溫度爲 64.70 ℃。
圖3 安裝(zhuang)在齒輪罩上的紅(hóng)外測溫傳感器
圖(tú)4 某磨機小齒輪齒(chǐ)面熱成像及分析(xī)
1.2 在線軸承座振動(dong)測量法
由于磨機(ji)開式斜齒輪的縱(zong)向重合度通常大(da)于 1，傳㊙️動比較平穩(wen)，使軸承座上的振(zhen)動值無法敏感地(di)反映齒輪副㊙️的不(bu)對中狀态，僅可作(zuo)爲一個參考的檢(jian)測方法。表 1 所列爲(wèi)某台磨機 4 種🙇🏻不同(tong)溫度偏差下，兩種(zhǒng)齒輪齧合頻率的(de)🐉小齒輪軸組水平(ping)方向軸承座振動(dòng)數據。該數據顯示(shì)齒面溫度偏差與(yǔ)振動值沒🈲有較大(da)的相🥰關性，即使明(míng)顯不對中的齒輪(lún)，其齧合頻率的 2 倍(bèi)頻振動💰值也較✍️低(di)。表 2 所列爲調整不(bu)對中前後齒面溫(wēn)度偏差與軸承座(zuò)振動數據🎯。可以看(kàn)出，4 組不對中的開(kāi)式齒輪在調整後(hou)溫度偏差均至少(shao)⛹🏻♀️減少 80%，而軸承座振(zhen)動速度值大部分(fèn)降幅在 15% 以上。
表1 水(shuǐ)平方向軸承座振(zhen)動數據
表2 調整不(bú)對中前後齒面溫(wēn)度偏差與軸承座(zuò)振動數據
2.1 平行(hang)不對中
圖5 水平角度不(bú)對中示意
圖6 豎直(zhi)角度不對中示意(yì)
水平角度不對中(zhōng)時，小齒輪與大齒(chǐ)輪齒面兩端側📧隙(xi)✍️值💚出現明顯的差(chà)值，可通過移動一(yī)側軸承座使側隙(xi)值達到一💃🏻緻，實♍現(xian)載荷的均勻分布(bu)，最終表現爲均勻(yun)的齒面溫度。爲了(le)确定水平移動量(liàng)，達到僅一次調整(zhěng)便使側隙值接近(jìn)一緻的目的，需掌(zhang)握軸承座水平移(yi)🔞動與側隙值量化(hua)關系。圖 7 所示爲側(ce)隙的測量方式。需(xu)注意的是，受白天(tian)與夜晚環境溫度(du)🍓和大齒輪端跳與(yu)徑跳的影響，個别(bié)位置的側隙值大(da)小會出現波動，但(dàn)應使圖 7 中測得的(de)齒側隙值 x1+x2 (齒向左(zuo)側接觸面和齒隙(xi)💋面 2 個側隙值之和(he)) 與 x3+x4(齒向右側接觸(chu)面和齒隙面 2 個側(ce)隙值之和) 的差⭐值(zhí)盡量小，且接觸側(cè)無間隙。
圖7 側隙的(de)測量方式
圖8 所示(shi)爲大、小齒輪的安(an)裝示意。在實際維(wéi)護工作🈲中，測🌍量的(de)齒面側隙值對應(ying)于節圓處的側隙(xì)變化值 jbn，根據齒⛱️輪(lún)幾何特性，結合大(da)、小齒輪位置關系(xì)可以得出換算式(shì)
式中：Δs 爲小齒輪軸(zhóu)水平移動距離，mm；θ 爲(wèi)大、小齒輪安裝角(jiǎo)，(°)；αn 爲齒輪法向壓力(lì)角，(°)。
例如，小齒輪軸(zhou)一側水平移動距(jù)離 Δs=1 mm時，假設 θ =14°，αn=25°，此時 jbn=0.9 mm，即(jí)節圓處的側隙變(bian)化值爲 0.9 mm。
圖8 大、小齒(chǐ)輪安裝位置示意(yì)
2.2.2 豎直角度不對中(zhōng)
當小齒輪與大齒(chi)輪齒面兩端側隙(xì)值和頂隙值基本(běn)一緻時，齒面溫度(dù)仍顯示偏差，可判(pàn)斷爲豎直角度不(bu)對中。此時，需要将(jiang)小✍️齒輪在豎直方(fāng)向進行上下調整(zheng)來保證兩端齧合(he)承載均勻性。現場(chǎng)搜集若幹組豎直(zhí)角度不對中齒輪(lun)，對其調整前後的(de)溫度偏差變化、調(diào)整量和磨機實際(ji)運行功🙇♀️率進行數(shu)據分析與研究，筆(bi)者提出了經驗回(hui)歸公式
式中：S 爲所(suo)需的墊片調整量(liàng)，mm；ΔT 爲需要調整的溫(wēn)差值，℃；Lr 爲磨機的✏️長(zhang)徑比，P1 爲實際運行(háng)功率，kW；Pn 爲磨機額定(dìng)裝機功率，kW。
式 (2) 考慮(lǜ)了磨機規格不同(tóng)長徑比以及在不(bú)同載荷下的筒體(ti)撓🐪度對溫度偏差(cha)的影響，能夠較爲(wèi)可靠地确💋定在豎(shu)直角度不對中情(qing)況下小齒輪軸組(zǔ)的調整量。結合表(biǎo) 3 中的 7 組實際數據(ju)，利用🧑🏾🤝🧑🏼式 (2) 計算墊片(piàn)調整量，結🤟果與實(shi)際墊片調整量最(zuì)大差值小于 0.05 mm，對🌍比(bi)曲線如圖 9 所示。滿(mǎn)足現場調整的施(shī)工和精度需🧑🏽🤝🧑🏻求。
表(biǎo)3 僅使用墊片調整(zheng)前、後齒面溫度偏(pian)差數據
圖9 實際的(de)墊片調整量與計(jì)算的墊片調整量(liang)比較
開式齒(chǐ)輪不對中的調整(zheng)是一個精密操作(zuò)的過程🙇♀️，需🏃♂️要使✊用(yòng)百分表記錄，并确(que)認固定端和遊動(dong)端軸承座在調整(zhěng)過程中的實⭐際位(wèi)移量。同時，需考慮(lǜ)軸承遊隙、軸承座(zuò)🏒螺栓緊固順序☎️、小(xiǎo)齒輪軸與電動機(jī)或減速器的同軸(zhou)度等因素，結果易(yì)受操作者水平的(de)影響。特别是當電(diàn)動機無法調整時(shi)👄，在調整小齒輪時(shi)，需要綜合考慮對(duì)應聯軸器同軸度(du)，避免開式齒輪對(duì)中📞調整後，由聯軸(zhou)器同軸度超标導(dao)緻異常振動問題(tí)。
4 結論
開式齒輪的(de)不對中是磨機運(yùn)行中的常見問題(tí)，該問題的✍️出現不(bu)利于大齒輪長期(qī)穩定運行，嚴重時(shi)短期内可能對齒(chǐ)輪造成直接損壞(huai)。通過在線齒面溫(wen)度檢💔測法，可及時(shi)地發現不💋對中問(wen)題。針對常見的角(jiǎo)度不♊對中情況，水(shui)平和豎直方向調(diào)整小齒輪軸承座(zuò)是最有效的解決(jue)方法。需要注意的(de)是，在調整開始前(qian)，需确定溫度偏差(cha)是否由不對中導(dǎo)緻，以及不對中的(de)具體類型。
對豎直(zhí)角度不對中情況(kuang)下如何确定調整(zheng)墊片厚度的難🛀🏻點(diǎn)，結合 7 組現場實際(ji)調整數據，綜合考(kǎo)慮了磨機規格的(de)不同長徑比以及(jí)在不同載荷下的(de)筒體撓度對溫度(du)偏差的🧑🏾🤝🧑🏼影響，提出(chū)了可量化經驗回(huí)歸公式。利用該公(gong)式計算的墊片調(diao)整量⭕與實際墊片(pian)調整量最大差值(zhí)小于♍ 0.05 mm，滿足調整的(de)🧡精度需求。還可根(gen)據更多現場數據(ju)，驗證和修正計算(suàn)調整墊片厚度的(de)經驗回歸公式，降(jiàng)低開式齒輪調整(zhěng)的技術🤞難度，節約(yuē)調整工作的時長(zhǎng)，爲齒輪副長期安(an)全平穩運行創🏃♂️造(zào)有利條件。
引(yǐn)文格式：
