混料圆筒传动失效原因分析及改造

耿红杰

摘要：文章分析了混料圆筒的实芯胶轮传动主要失效形式，特别是针对胶轮拖轮组在运行过程中，橡胶表面连续发生弹性变形，其周期性交变曲挠应力促使内部发热，橡胶散热能力差容易形成内部烧伤的特性，判断出胶轮传动失效原因。

关键词：混料圆筒；胶轮传动；传动失效；胶轮拖轮组

中图分类号：TF321

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)04-0060-02

在烧结过程中，混合机的工作状态及结构对于烧结矿的产量、质量、强度和焦炭的用量等有很大的影响。目前在烧结生产工艺中广泛使用的是圆筒混合机，此种设备混料范围广，能适应原料的变动，生产能力大。圆筒混合机的传动结构主要有齿轮传动及胶轮传动两种。齿轮齿圈传动具有传动扭矩大、寿命长等特点，但噪音较大；胶轮传动可用实心或空心充气轮胎，具有传动平稳、噪音低等特点，但胶轮磨损较大，更换次数多。胶轮传动的传动装置根据用户要求可置于中间或两端，所有设备都有左右传动安装形式。济钢第一炼铁厂60烧结区域的二次混料圆筒是我厂重要的工艺生产设备，圆筒传动采用的是实芯胶轮摩擦传动形式。自从我厂2×36m²扩容改造为2×60m²结束后，随着生产能力的进一步提高，该混合圆筒主动胶轮组轮胎的使用寿命与其安装设计寿命相比较出现使用寿命短的缺陷。

一、存在的问题

冶金厂生产中，广泛采用水平或倾斜安装的回转圆筒设备，其大部分负荷取决于落料的运动阻力，我厂该设备是采用倾斜结构的回转圆筒设备，改造前设备安装倾斜角度为1043'。在生产运行过程中，圆筒回转运动所需的驱动力等于各种回转阻力的总和，圆筒是靠传动系统中胶轮拖轮组在转动过程中与圆筒的接触面所产生的摩擦力来提供驱动力。当胶轮传动系统与圆筒接触面所产生的摩擦力大于圆筒做回转运动所需要的驱动力时，接触面间就会出现摩擦传动的失效现象。摩擦传动的失效形式除打滑外，主要是摩擦副以及承压装置的表面失效。该圆筒传动系统采用橡胶实芯轮胎一钢筒体结构，根据我厂实际情况分析其主要的失效形式表现为：打滑、磨损与发热、特别是橡胶的曲挠应力使内部迅速发热，橡胶的散热能力差很容易形成内部烧伤，进而发生摩擦表面橡胶材料的胶合。根据目前该圆筒运行情况来看，使用的实芯胶轮传动，打滑问题在设备运行中基本没有出现过，通过速比传递计算并结合现场实际检测，圆筒的转速仍然处于许用的误差范围之内。存在的主要问题：

1．运行中主动托轮组失效形式主要表现为脱胶、表面烧伤等情况，胶轮轮胎在运行周期中橡胶表面出现严重脱胶，直至造成胶轮爆胎设备事故的发生，严重地影响了生产稳定运行，制约了生产能力的进一步释放。

2．该圆筒主动胶轮组使用寿命大约维持在90～100天之间，而设计使用寿命应该在15个月左右，实际寿命与理论设计寿命相差很大。

3．该圆筒为烧结工艺的公用设备，造成的设备事故必造成全线停产，更换一套主动胶轮组需要的检修时间大概为16～20小时，检修人员组装备件、更换设备等劳动强度相应增大。

4．由于设备本体存在缺陷，需要频繁更换拖轮组，造成设备消耗费用增加。因此，准确分析该圆筒胶轮传动设备存在的问题，找出行之有效的解决方案，是我厂稳定生产的当务之急。

二、问题分析

由于物料与圆筒壁有很好的附着(黏着层)，物料与圆筒壁的接触摩擦系数应采用物料的内摩擦系数。沿自然坡度表面下滑的物料，在扇形下落面的下边界与圆筒接触，并达到圆筒的圆周速度，与圆筒一同做同速圆周运动。在下滑过程中，产生相对于圆筒表面物料的滑动。在表面上所产生的摩擦力，既取决于物料的加速度也取决于驱动负荷的大小。在设备连续运行的状态下，尤其是混料圆筒的工况特点就是综合料在圆筒内位于主传动拖轮组一侧滚落，从而出现交变载荷的影响。作用在主传动胶轮组上的正压力造成设备承压过载。并在橡胶轮胎表面形成持续的挠曲变形，挠曲变形在胶轮承载面形成的弹性变形的伸缩量，决定着胶轮表面的使用寿命。曲挠应力又促使橡胶内部胶体材料发热，橡胶的散热能力差很容易形成内部烧伤，进而出现橡胶轮胎胶合。因此我们对该圆筒传动胶轮组设备进行了初步的定量分析，得出圆筒传动胶轮组裂化的趋势所在，以便根据此故障圆筒的运行情况制定可行的整改方案。

数据分析显示，该圆筒主动拖轮组摩擦系数与许用摩擦系数相对接近，在理论上可以认为是处于临界值，但是在实际的生产现场受各种条件的影响下，摩擦面之间就产生了失效现象。分析结果符合现场设备实际运行情况，由于该混料圆筒工艺倾角较小，生产过程中填充率较大，混匀料在圆筒内混匀时间较长，使该圆筒传动胶轮组荷载较非故障圆筒大，由此造成了相同设备装备在使用寿命上存在的差距。

三、改进方案

通过理论分析和实际数据计算，结合我厂生产设备安装的现场实际情况，考虑在满足工艺生产要求的条件下，采取适当增加圆筒的工艺倾角，进而减少圆筒的混匀时间，在不影响混合料质量的前提下，优化了工艺技术参数，改进了设备安装质量，达到了减轻荷载的目的。该圆筒在今年设备检修中重新调整了工艺倾角，通过调整混料圆筒胶轮组钢结构基础垫片，将混料圆筒由原来测算的1043'调整到2013'。

改造后经过生产实践检验。胶轮组摩擦表面承载区胶轮凹陷量减小，胶轮表面脱胶现象减少，胶轮组连续运行时摩擦表面温度下降50℃；改造后混料圆筒胶轮组使用寿命由原来的3个月/套，延长到15个月/套；改造后设备使用寿命延长，设备事故、停机检修时间同比缩短185台时，年可提高日历作业率1.25％，证明此次改造是成功的。由于上述技改方案的成功实施，彻底解决了设备的故障隐患，减少了设备事故停机，保证了生产过程的连续性、稳定性和经济性，为提高烧结矿产量和各项经济技术指标的完成提供了坚实的设备保障。