摘 要：目前，很多现场液压挡轮装置的轴承经常损坏，影响回转窑的正常运转。针对这一问题，从设计结构出发，对液压档轮轴承的受力进行了计算分析，在此基础上，形成了优化后的三支撑结构液压挡轮装置。实际应用表明，该支撑结构增强了挡轮装置对回转窑各种工况适应性，延长了轴承的使用寿命，效果较好。
关键词：液压挡轮装置；回转窑；轴承；
0 前言
由于回转窑筒体倾斜放置，托轮平行于窑体中心线安装，因此在运转过程中，自重作用下窑体有下滑的趋势。而回转窑液压挡轮装置正是用来控制窑体的上窜和下滑，挡轮液压站向液压挡轮装置油缸 内提供压力油，在压力油的作用下，油缸内活塞通过活塞杆、空心轴、轴承、挡轮轴及挡轮推动轮带，进而带动窑体按预想的速度强制上窜和有控制地下滑，从而有效地保证各档轮带与托轮，大齿圈与小齿轮 的均匀接触和磨损，大大节省托轮调整的工作量，延长使用寿命。目前很多现场液压挡轮装置的轴承经常损坏，影响回转窑的正常运转。针对这一问题，从挡轮装置常见的结构出发，通过对挡轮轴承的受力 计算，进行了一些分析，并在现场安装和使用维护中加以运用。
01 液压挡轮装置的常见结构
液压挡轮装置的结构形式众多，各公司设计的挡轮装置的结构也不尽相同，但目前广泛使用的主要有以下两种结构形式。
1.1 两轴承支撑结构两支撑结构见图1。是球面调心滚子轴承+推力球轴承，上面的球面调心滚子轴承主要承受挡轮径向的受力，下面的推力球轴承主要承受挡轮向下的轴向力。这种结构的挡轮装置高度矮，体积小，多用在Φ4m等小规格的回转窑上。
1.2 三轴承支撑结构三支撑结构见图2。是球面调心滚子轴承+球面调心滚子轴承+推力滚子轴承，上面的两个球面调心滚子轴承主要承受挡轮径向的受力，下面的推力滚子轴承主要承受挡轮向下的轴向力。这种结构的挡轮装置轴承受力稳定，但高度较高，多用在较大规格的回转窑上。

图1 两轴承支撑结构

图2 三轴承支撑结构

02 挡轮轴承的受力计算

以三轴承支撑结构挡轮装置为例，其受力情况见图3。A点为上部轴承的中心点，B点为中间轴承的中心点。轮带给挡轮接触面的压力，可等效为一个垂直作用在挡轮表面中间的力，其延长线与挡轮轴中心线相交于P点，这个力可分解成沿挡轮的径向力Fr和向下的轴向力Fα。挡轮所受的径向力Fr，即为回转窑的下滑力，除窑体本身的自重外，考虑轮带与托轮之间的摩擦力及头尾密封处摩擦力的影响，这个径向力可取为：Fr=1.5G0×sinθ     (1)

式中：G0—回转窑窑体自身的总重，N；θ—回转窑 窑体自身的倾斜角度，°。挡轮和挡轮轴组装在一起，可视为一个整体，其受到轮带和各轴承的作用力，可对其进行受力分析。挡轮向下的轴向力全部由底部的止推轴承承受，因而可得：Rc=Fα=Fr×tangγ     (2)

式中：Rc—底部止推轴承作用于挡轮轴的力，N；γ—挡轮与轮带的接触角度，°。作用在挡轮和挡轮轴上的力，对A点的力矩的代数和应等于零，由此可得下式：

式中：d—挡轮直径，mm；h—挡轮高度，mm；t—上部轴承中心距挡轮下边的距离，mm；b—上部轴承与中间轴承中心距离，mm；Rb—中间轴承作用于挡轮轴的力，N；解(3)式的方程，就可以求出作用力 Rb。由上述受力分析，可求得作用力RC和Rb，再由力的平衡条件，进而可求得上部轴承作用于挡轮轴的力Rα。得到挡轮各轴承所受的作用力后，可进一步计算轴承的额定动载荷和寿命，为轴承的选型提供依据。

图3 挡轮和轴受力示意图

03 液压挡轮装置的结构分析
回转窑液压挡轮装置是在低速重载下工作，挡轮在运转过程中，由于窑简体的辐射热，工作环境温度很高，环境粉尘的含量很大，由于窑筒体的弯曲和安装制造误差等原因，可能造成轮带与挡轮表面接 触不良，存在冲击载荷，使回转窑作用在挡轮上的载荷大小时有波动。现场液压挡轮出现的问题也是多种多样的，针对这一情况，重新对挡轮轴承的受力和载荷进行计算，并对挡轮装置优化分析，优化后三支 撑结构液压挡轮装置三维模型见图4，具体如下：(1)优化挡轮装置结构，使轴承受力更加合理。设计上轮带给挡轮的压力在挡轮轴上的作用点P，要位于挡轮上部和中间轴承之间，使挡轮所受的径向力在上部轴承和中间轴承之问合理分配。(2)合理选择轴承规格，保证轴承的承载能力。设计计算时要充分考虑轴承寿命因素、轴承速度因素、冲击载荷因素和温度因素的影响，准确算出轴承承受的载荷，确定合理的安全系数，并要严格控制轴承的质量。(3)合理设计轴承的配合。挡轮装置上部和中间的球面调心滚子轴承内圈与挡轮轴是过盈配合，外圈可留出很小的间隙量，以便于装配。底部止推轴承内圈与挡轮轴是过渡配合，外圈也应留出一定的间隙量，以避免底部止推轴承承受额外过大的径向载荷。(4)优化挡轮轴承润滑装置。在挡轮装置上部轴承和底部轴承处都设置润滑点，提高对润滑油脂黏度和极压性能的要求，保证满足轴承的润滑需求。(5)增加轴承测温装置。在上部轴承和中问轴承处增加测温热电阻，将测得的轴承工作温度反馈至中控，以便中控及时检测轴承的运行状态。(6)在液压系统中增加数显式压力测量装置。同时将液压系统中测到的压力信号反馈至中控，以便中控可随时了解挡轮的工作压力并设置报警值。(7)优化挡轮隔热罩结构。增加隔热罩的面积，以降低轴承工作温度，尽量减少窑体辐射热对挡轮装置运转的影响。

图4 优化后三支撑结构液压挡轮装置三维模型

04 现场安装和使用维护中的运用
三支撑结构液压挡轮装置的现场安装见图5。回转窑液压挡轮装置一般安装在窑尾档支撑装置上，并在工厂组装好后发至现场，现场安装时应注意挡轮装置的安装位置应偏向轮带的旋入侧，偏移量3～5mm，以使挡轮始终承受向下的轴向力，避免挡 轮承受向上的轴向力，防止出现拔“蘑菇头”的现象。在现场的使用过程中，避免由于巡检不到位和检测仪表失效等因素导致一些不可控的问题。
4.1 挡轮装置的行程和上下行时间现场挡轮装置行程的设定，要尽量保证各档托轮和轮带及大齿圈和小齿轮在全长范围内接触且不脱空，同时窑在上下行时，大齿圈和齿轮罩，窑头窑尾密封各处不干涉且运行状态良好为原则，结合现 场实际情况来综合确定。一般考虑设定挡轮的正常行程为±20mm，超正常行程时要报警，但不建议与窑主电机设置跳停连锁。窑的上下行速度可通过调整挡轮液压站的出油流量控制，建议为3～5 mm／h， 若窑上下行的速度过快，可能造成托轮和轮带以及大齿圈和小齿轮表面擦伤和过快磨损。
4.2 挡轮装置的压力液压挡轮装置要承受全窑的下滑力和摩擦力，压力值的大小与窑的下滑力和液压缸的直径有关，一般Φ4.8m三档支撑回转窑的正常运行压力为4～6MPa。运转时要时常关注压力的变化情况，当运行压力超过允许最大压力时，要仔细检查原因，及时对回转窑进行必要的调整，确保挡轮装置不长期在高于允许最大压力下运转，延长轴承的使用寿命，避免事故的发生。
4.3 调试及预生产在回转窑点火调试初期，先不开启挡轮液压站，在液压挡轮装置导向轴的上下两端分别垫上挡铁限制挡轮装置的位置，待回转窑运行稳定后，窑速大于2r／min时，再开启挡轮液压站，并根据挡轮装置的行程取下一些挡铁，取下挡铁的厚度及数量以挡轮装置超过允许行程后，即被挡铁挡住为准，避免挡轮装置出现上行或下行距离过大的情况。在挡轮液压系统中，一般设有蓄能器(氮气囊)，以稳定运行时的压力。现场安装时，需向蓄能器里预充氮气，预充压力应为液压挡轮装置正常工作压力的70％为宜。需要长期停窑时，应通过阀门切断液压缸与油箱之间的通路，让液压挡轮处在保压状态以利于下次转窑。
4.4 正常生产中的使用维护目前挡轮装置轴承存在浸油润滑和润滑脂润滑两种润滑方式。采用浸油润滑时，要做好空心轴各处的密封工作，选用合适的润滑油，在不漏油的情况下，尽可能的提高轴承浸入的油位，并每班巡检，确保轴承的润滑。采用润滑脂润滑时，要选择黏度高、极压性能好的润滑脂。初次加油时，应使空心轴空腔内充满润滑脂直至有油脂从顶部冒出，之后定期加油(需要明确表示出加油周期)。生产中的巡检要监测挡轮轴承的工作温度，并注意轴承运转时有无异常声响，当出现轴承温度突然上升的情况，应立刻进行检查调整。每隔半年回转窑检修时，应将挡轮装置卸下拆开，检查轴承的磨损情况，更换已损坏零件，并对轴承和空心轴内部进行彻底清洗。

图5 三支撑结构液压挡轮装置的现场运用

05 结语
通过这几年对工程项目和改造项目实际使用情况的跟踪，三支撑结构的液压挡轮装置增强了对回转窑各种工况的适应性，延长了挡轮轴承的使用寿命，提高了运转的可靠性提高，保证了回转窑的正常运行。
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作者：杨爱龙，卢华武，邓荣娟，白文生，李桐斌
单位：中材装备集团有限公司