水泥回转窑大小齿轮传动故障分析和处理

孙东霞，王云亭，王斌章，张立国

2007年，西部环保有限公司建设了一条年产30万吨电石法PVC生产线，每年产生电石废渣干基约50万吨。这些电石渣堆积在厂区附近，极易污染环境。为减轻环保处置的压力，2011年，我公司决定新建一条新型干法水泥生产线，利用PVC生产线产生的电石废渣来生产水泥，年产水泥熟料75万吨、水泥120万吨。

该水泥生产线配置的回转窑为ϕ4m×60m三档支撑的回转窑，2014年初建成投产。该窑在初期安装时，大小齿轮传动系统存在一定的隐蔽缺陷。投产后发现回转窑传动小齿轮座振动偏大，2015年5月，发现小齿轮底座二次灌浆层有一条明显的贯穿性裂纹，初步判断系小齿轮底座松动产生振动所致。经公司技术人员现场检查后研究分析认为，回转窑小齿轮底座4只M42地脚螺栓对小齿轮底座的紧固强度不够，导致小齿轮的底座和下部垫铁产生轻微的松动，运转中大、小齿轮啮合间隙不稳定，大齿轮的齿面疲劳点蚀加快，出现台阶，直接影响了大齿圈的使用寿命，极大威胁设备的安全运行，必须采取措施消除该故障隐患。

ϕ4m×60m回转窑的大、小齿轮基本参数：

回转窑小齿轮参数：齿数Z1=29个，模数M=28，齿宽B1=60mm，顶圆d1=ϕ868mm。

回转窑大齿轮参数：齿数Z2=224个，模数M=28，齿宽B2=60mm，顶圆d2=ϕ6 328mm。

1 回转窑大、小齿轮传动存在的问题

大修实施前，对回转窑大、小齿轮啮合面作了全面检测，对存在的问题整理如下：

（1）回转窑的大齿轮啮合面磨损严重，有台阶和疲劳点蚀状况。

（2）小齿轮底座的振动值通常在7.2～8.2mm/s，最大振动值为12.5mm/s，见表1。

（3）回转窑小齿轮底座晃动明显，局部混凝土的基础有轻微裂纹。

（4）回转窑的小齿轮座存在相对退出现象，疑似小齿轮位置向外侧移动。

2015年9月，针对以上情况，公司决定对回转窑大、小齿轮传动异常进行处理。为确保本次检修成功，公司对故障原因进行了详细分析，制订了详细的处理方案。

2 回转窑大、小齿轮传动异常的原因分析

（1）回转窑运行中，小齿轮底座处振动偏大，与大、小齿轮的局部间隙偏小有关。

（2）回转窑大齿轮的齿面台阶和毛边造成齿轮啮合时，间隙和啮合位置等有变化，导致运行的振动加大。

（3）回转窑的小齿轮轴承座的轴承间隙偏大，导致齿轮啮合间隙和位置变化。

（4）回转窑大齿轮弹簧板螺栓和接口螺栓有局部松动，导致大齿轮形状的不稳定变化。

（5）回转窑小齿轮底座及小齿轮的地脚螺栓有松动，导致齿轮啮合的振动进一步加大。

（6）回转窑两侧的两个小齿轮的独立底座，设计的基础强度不够，导致基础地脚处混凝土有开裂的情况。

（7）回转窑大、小齿轮加工制造时的尺寸等参数，存在加工精度的偏差，需要在线跑合。

（8）由于正值夏季，气温偏高，润滑油粘度偏低，齿面油膜形成效果不好。

3 回转窑大、小齿轮传动异常的处理方法和步骤

（1）拆除回转窑大齿轮辅助装置，用防雨篷布覆盖，保护大齿轮，防止大、小齿轮受外界粉尘、雨水等影响。

（2）检查紧固回转窑大齿轮的接口法兰、定位螺栓、弹簧板螺栓等相关紧固件；清洗回转窑大、小齿轮齿面及两侧节圆处的油污；用液压扳手检查、紧固回转窑大齿轮接口螺栓，检查紧固回转窑大齿轮上弹簧板联接螺栓，检查紧固回转窑筒体上弹簧板联接螺栓；测量回转窑大齿轮接口间隙，塞薄尺测量，并再次紧固。

（3）检查回转窑大齿轮处筒体的变形情况。距大齿轮中心南约700mm处，窑筒体圆跳动检查数据记录见表2。经分析，筒体变形在许可的范围内，运转中需关注局部高点位置的齿轮接触情况。

（4）调整回转窑小齿轮，向内平移1.5mm，同时调整找正传动装置。

（5）处理回转窑大、小齿轮的齿面、齿顶的台阶和毛边问题。回转窑大齿轮啮合面磨损较重，有拉伤痕，靠右侧约40～60mm宽度内点蚀、剥落较重，有两处台阶，一处是齿根部台阶，一处是齿顶部小台阶，台阶高度2～2.5mm，节圆处啮合面凹下。小齿轮齿面相对较好，无严重点蚀拉毛现象，也有同样的台阶。处理方法及步骤如下：

a打磨齿轮根部台阶，并圆弧过渡；打磨齿顶部小台阶，高度约 15～20mm，顶部磨削量约 0.6～1mm，直到无明显的台阶为止。打磨完成后，涂红彤粉慢转，并用打印纸和透明胶带压印，显示记录啮合情况，此时检查的接触率约为40%～50%，啮合表面有两条线，见图1。加研磨剂跑合，接触面逐渐增大，负载后接触面还会有所加大。

表1 回转窑大、小齿轮传动检修前小齿轮底座的振动测量数据

表2 回转窑大齿轮处筒体圆跳动检查数据记录

图1 齿轮啮合情况

b打磨要求：采用逐步打磨的方法，禁止过度打磨，啮合表面过渡要光滑，开机后利用磨合剂磨合或利用跑合用的润滑油磨合，使其逐步趋于正常啮合，同时采用仿形样块刮研检查和验收。

（6）检查回转窑大、小齿轮的啮合情况，调整回转窑小齿轮。以涂红或其他方便的方法进行检查，视情况继续打磨齿面（光亮点需继续打磨），直至齿面的接触率满足要求为止。

（7）若在回转窑大、小齿轮磨合过程中，发现部分齿面仍然存在局部接触亮点，应再次适当打磨，之后继续观察处理。

（8）检查小齿轮轴承，测量轴承间隙，侧间隙在8～12μm属于正常范围。

（9）回装、调整、检查回转窑的加油系统，注意清理废油和磨合剂，以保证了解到磨合的真实情况，同时防止过度跑合而损伤齿面。

（10）回转窑小齿轮底座整体联合加固处理：在原地脚螺栓边缘处80～100mm的位置，分别用水钻钻4个ϕ63mm深度500mm的孔，用于安装新增地脚螺栓，然后配制巧固快化学植筋胶。按照技术要求，将巧固快化学植筋胶A、B胶料调配好，为放入新的地脚螺栓做准备。紧接着，将巧固快化学植筋胶灌入ϕ63mm的孔内，同时将M42×800的地脚螺栓垂直埋入孔内，并保持上部适当固定。螺栓放入后，巧固快化学植筋胶需要固化16h，此时不能随意抽动或者拔出。新增地脚螺栓固化后，用液压扳手紧固新增加的螺栓，压紧加固压板，实现全体加固。

4 回转窑大、小齿轮传动大修后的效果

回转窑大、小齿轮传动大修于2015年9月15日结束，9月18日投料。运转后齿轮啮合面的接触情况见图2。2015年10月8日～26日期间进行了多次监测。回转窑大、小齿轮传动检修后，小齿轮底座的振动测量数据见表3。

由表1、表3对比可以看出，小齿轮底座的振动值比检修前有较大改善，到2015年11月，齿轮底座振动一直保持在3～4mm/s，取得了明显的效果。

图2 运转后齿轮啮合面的接触情况

表3 回转窑大、小齿轮传动检修后，小齿轮底座的振动测量数据

大修后回转窑大、小齿轮啮合情况及磨损量的测试如下：

（1）大、小齿轮啮合的顶隙

南侧=11.5mm 北侧=11.3mm

（2）大、小齿轮啮合的侧隙

南侧=2.5mm 北侧=3.3mm

（3）大、小齿轮的齿面啮合面积的测量和计算

a小齿轮平均接触面积A×B（间隙测量，选代表性平均）

b大齿轮磨损量测量（分度圆处）A=0.32mm

c小齿轮磨损测量（分度圆处）A=0.12mm

5 结语

（1）回转窑大、小齿轮传动大修后，大、小齿轮的啮合参数大有改观，接触率有所增加，回转窑的大、小齿轮传动系统整体振动较小，回转窑运转相对更加平稳。

（2）本次回转窑大、小齿轮的大修工作，使我们对大、小齿轮在热态和冷态下的不同啮合情况有了进一步了解，为今后更好地操作和维护回转窑提供了依据。■