辊磨减速机静压轴承瓦面损伤原因及处理措施

宋宇范

辊磨是集破碎、干燥、粉磨、分级输送于一体的大型粉磨设备，具有粉磨效率高、工艺流程简单、结构紧凑、占地面积小、电耗低、钢耗少、磨辊磨损小、易于操作等优点，被广泛应用于水泥、电力、冶金、化工、非金属矿等行业。

辊磨通过减速机将电机扭矩和转速由水平方向转换成竖直方向后带动磨盘转动。辊磨减速机采用螺旋伞齿、平行斜齿、行星轮系结构进行减速增扭，由于其需承载磨盘自重和摇臂通过液压缸施加给磨辊的压力等垂直载荷，辊磨减速机设置有能够承受垂直载荷的静压轴承。

辊磨减速机静压轴承是一种采用静力润滑的滑动轴承。静压轴承由外部的高压油泵提供润滑油来形成高压油膜，以承受垂直载荷。静压轴承能够在减速机输出法兰静止的状态下，建立起承载油膜，保证减速机在启动阶段其摩擦副相对的两个内表面无直接接触，在减速机启动和运转期间，所承受的滑动阻力仅来自于流体粘性，其摩擦因数小、工作寿命长。

我公司在维修各种辊磨减速机过程中发现，减速机静压轴承表面的巴氏合金存在不同程度的贯穿划痕并伴有铁质杂质镶嵌，同时在减速机输出法兰推力面上存在同心圆形状的沟槽拉伤。受损的静压轴承及输出法兰推力面见图1。减速机输出法兰推力面出现沟槽会降低输出法兰推力面与静压轴承形成的油囊的密封性，在同等供油压力下，高压油膜变薄，静压轴承能够承载的垂直载荷下降，引发磨机跳停甚至静压轴承巴氏合金烧损。若想恢复静压轴承及输出法兰推力面的设计精度，静压轴承表面的巴氏合金需重新进行浇注加工；输出法兰推力面需使用高精度的大型机床并配合超声波振打设备或桁磨设备进行打磨加工，才能使输出法兰推力面平面度和表面光洁度符合设计要求。这两项工作不仅耗时长，而且维修费用高。

图1 受损的静压轴承及输出法兰推力面

2015年，我公司对A公司原料辊磨减速机（型号TBP153V）进行现场抢修时发现，减速机静压轴承及输出法兰推力面受损。

A公司拥有2条2 500t/d熟料生产线，每条生产线配备1台原料辊磨，一号熟料生产线配备UM46.4辊磨、TBP153V减速机；二号熟料生产线配备JLM46.4辊磨、JLP250G减速机。2014年，因生产需要，考虑到两台辊磨结构相近且减速机安装尺寸相同，该公司将TBP153V减速机从一号生产线辊磨拆下，安装在二号生产线辊磨上使用；对一号生产线辊磨减速机润滑油站改造后，将JLP250G减速机安装在一号生产线辊磨使用。

TBP153V减速机结构见图2。在使用过程中，TBP153V减速机因回油过滤器内出现大量铁屑，润滑油站过滤器频繁出现压差高的问题，导致减速机无法正常连续运转。对减速机进行现场拆解后，发现以下问题：

图2 TBP153V减速机结构

（1）齿轮轴下轴承（32260DF）外圈滚道点蚀剥落（见图3）。

图3 齿轮轴下轴承外圈滚道

（2）中间轴上部鼓形齿沉积大量油泥，齿面有塑性压痕，压痕深度约2mm（见图4）。

图4 中间轴上部鼓形齿

（3）内齿套下部鼓形齿齿面有塑性压痕，压痕深度约3mm（见图5）。

图5 内齿套下部鼓形齿

（4）太阳轮有一个齿的齿面有3处点蚀剥落，其余齿面在下部齿顶处有点蚀剥落，齿面有微裂纹（见图6）。

图6 太阳轮齿面

（5）行星轮轴承（23144B）内圈滚道、滚动体表面严重点蚀剥落，外圈滚道有大量碎屑压痕（见图7）。

图7 行星轮轴承

（6)静压轴承表面巴氏合金刮损出沟槽且表面有铁质杂质镶嵌（见图8）。

图8 静压轴承表面损伤且有杂质镶嵌

（7）输出法兰推力面出现条纹状的环向拉伤（见图9）。

图9 输出法兰推力面出现条纹状环向拉伤

该减速机的轴承故障可通过更换轴承快速解决，但静压轴承及输出法兰损伤需要经过修复加工后才能恢复其技术参数，修复加工工作对加工机床精度要求较高。本次静压轴承和输出法兰的维修，因缺乏专用设备，且维修费用高、时间长，成为影响整体维修进度的关键工序。

通过分析静压轴承上镶嵌的铁质杂质，可知其形状相对规则，与减速机轴承点蚀剥落后产生的铁屑不符；输出法兰顺时针运转，杂质镶嵌集中在静压轴承油囊右侧的旋出端，按位置分析，铁质杂质应该是通过高压油管路进入的。

二号生产线辊磨减速机润滑油站系统运行原理见图10。由图10可知，低压油泵将润滑油从油箱中泵出，先进入过滤精度为0.08mm的低压粗过滤器进行过滤，再进入板式冷却器进行冷却；润滑油从板式冷却器流出后，进入过滤精度为0.04mm的高压精过滤器过滤，再被高压油泵加压后进入高压油分配器，经高压油管路进入静压轴承。如润滑油内存在杂质，通过低压粗过滤器和高压精过滤器两次过滤即可将杂质有效去除。经了解，本次减速机维修前，虽经常因铁屑问题导致过滤器压差报警，但清理过程中并未发现过滤器滤片存在损伤，本次拆检也确实未发现两个过滤器滤片损伤。

图10 二号生产线辊磨减速机润滑油站系统运行原理

在对二号生产线辊磨润滑油站故障进行排查的过程中，一号生产线辊磨减速机润滑油站也出现故障跳停事故。控制系统提示，故障为一号生产线辊磨减速机润滑油站5号静压轴承压力偏低，检查发现，1号高压油泵运行声音异常，且出口压力低于其他3台高压油泵。依据经验判断，1号高压油泵发生故障（1号高压油泵向1号、5号、9号、13号静压轴承供油，2号高压油泵向2号、6号、10号、14号静压轴承供油，3号、4号高压油泵依此类推）。将1号高压油泵更换后，减速机空载运行时各静压轴承压力正常，投料后出现9号静压轴承压力低，故障跳停，经多次检查未发现异常，再次带料运转后出现3号、7号静压轴承压力低，故障跳停。

通过梳理前几次跳停时的中控记录发现，降辊信号和静压轴承压力低存在连锁关系。降辊动作完成20s内，静压轴承压力<2.45MPa时出现连锁跳停，其中只有6号静压轴承压力>2.45MPa。初步分析判断是压力测点故障引发的问题，因此，使用检测压力表对通过高压油分配器上各静压轴承的压力进行检测，检测结果与压力传感器反馈结果一致，只有6号静压轴承压力>2.45MPa，其余都<2.45MPa，排除了压力测点故障的可能性。本次测定发现，高压油泵出口压力正常，而经过高压油分配器之后的高压油压力却达不到要求，说明高压油泵到高压油分配器之间存在问题。通过逐一拆解高压油泵到高压油分配器之间的管路，发现高压油分配器内的单向阀遇堵塞物被卡住，无法有效开启，堵塞物与静压轴承上镶嵌的杂质相同。由于没有单向阀备件，将所有单向阀进行拆解清理，并检查确认低压粗过滤器和高压精过滤器滤片无损伤，再次试车，跳停故障消除，一号生产线辊磨恢复正常运行。高压油分配器结构示意见图11，高压油分配器内置单向阀结构示意及实物图见图12。

图11 高压油分配器结构示意

图12 高压油分配器内置单向阀结构示意及实物图

在协助该公司排除一号生产线辊磨跳停故障的过程中，现场工程师表示，由于供油压力低及输入轴漏油，两台减速机润滑油站柱塞式高压油泵无法维修，使用不足一年就需更换一次。结合二号生产线辊磨润滑油站原理图分析，高压油从高压精过滤器到高压油分配器之间，仅有一个高压油泵在运转，因此，高压油泵导致故障发生的可能性最大。

该高压油泵为K60N-064 RSCN型柱塞泵。通过对近期更换下的柱塞高压油泵进行拆解可知，柱塞高压油泵由7根柱塞杆通过斜盘的旋转运动转换成柱塞杆的往复运动完成供油工作，每个柱塞头上装配有3个密封环。拆解发现7个柱塞头上的密封环均已出现不同程度损伤，而密封环断裂后的形态与静压轴承瓦面镶嵌的杂质一致（见图13）。

图13 密封环断裂后的形态

经与出现过上述情况的客户了解，其润滑油站高压油泵均为柱塞式。由此可知，柱塞式高压油泵密封环断裂是静压轴承瓦面镶嵌杂质产生的源头。

通过与多个专业厂家就高压油泵使用压力及工况要求开展技术交流，该公司最终选择了使用齿轮油泵替换柱塞油泵的方案，该方案无需对减速机润滑油站进行较大改动，只需改动电机支架及进回油管，一个台班工时即可完成现场改造，且齿轮式高压油泵较柱塞式高压油泵成本节省了40%以上。高压油泵改造前后对比见图14。

图14 高压油泵改造前后对比

2015年底，该公司辊磨润滑油站的高压油泵改造完成，减速机高压油泵压力稳定，泵体使用寿命达2年以上，减速机运转可靠性大幅提高。