摘 要：本文以燒結二次混合機振動異常為研究對象，系統分析了其振動原因，并制定出針對性的大修處理方案。通過對托輥檢查分析，發現一側托輥磨損嚴重，采用整體更換策略；針對輥道表面磨損點蝕引起的運行失衡問題，進行輥道車削；對小齒輪松動的地腳螺栓重新澆筑地基；提出了新舊齒輪非對稱更換方案，再通過調整齒輪嚙合和受力分布，有效降低混合機振動及成本。應用上述方案后，燒結二次混合機振動平均降低了35.6%，通過對施工工序并行化、合理化安排，使擬定的檢修工期縮短了36%，為同類型設備振動故障診斷與處理方法提供了可行性的參考方案。

關鍵詞：混合機；振動；故障診斷

1  引言

在冶金行業中，燒結二次混合機承擔著對一次混合機物料的進一步混勻與制粒任務，使物料具備良好的透氣性、成分均勻分布等特征，其運行的穩定性對燒結礦的產量與質量存在較大影響。

混合機在長期的旋轉運動中，因磨損、負載沖擊易產生振動異常問題。在設備方面，振動會加劇齒輪等關鍵部位的磨損，降低設備的使用壽命，以及設備的基礎開裂危及安全^[1]，使日常的維護、備件消耗與成本等面臨巨大的挑戰。在競爭激烈的市場環境下，間接降低了企業競爭力。在工藝方面，振動會影響混合機的混勻及制粒效果，造成燒結過程工藝參數變動及透氣性下降，導致燒結礦質量及產量波動。在生產方面，劇烈的振動會導致設備位置發生變化，嚴重情況下需要停機處理。設備的頻繁維護及停機降低了設備的作業率，極大影響燒結工序的連續性、穩定性與產能，最終影響高爐鐵原料的供應，增加了因故障停機對企業造成的損失。根據行業統計分析，二次混合機因振動問題引起的設備停機，每年給鋼鐵企業造成數百萬元的直接經濟損失。

鄂鋼燒結混合機自投產來從未進行大修，混合機長時間運行產生巨大的磨損及振動，導致近兩年混合機的檢修頻率逐步增加，日常的維護已經無法從根本上解決混合機振動偏大問題。故深入分析燒結二次混合機的振動原因，并采取有效的處理方法，對保障設備穩定運行、工藝質量提升、生產線連續性具有重要的現實意義。本文系統分析了二次混合機振動的要因，并針對性地提出相應的解決方案，為鋼鐵企業降低成本、振動故障診斷提供了實踐參考。

2  振動原因分析

根據現場檢查和圖紙分析，分析混合機筒體振動產生的原因如下：

（1）混合機非對稱的運動方式。混合機運動時始終沿一個方向旋轉，在負載狀態下，固定方向旋轉造成對物料的偏心攪拌，導致筒體整體受力不均而產生振動。

（2）物料流量調整過程中變化。入口皮帶給料量均勻情況下，混合機處于穩定狀態。在皮帶給料量調整時，物料的流量變化會打破混合機平衡狀態，從而引起振動。

（3）潤滑不足。在混合機運動中，潤滑油可避免設備直接接觸，降低運轉部位的摩擦系數。在設備啟停過程中，托輥表面形成的均勻油膜能吸收能量，減少設備間的緩沖。若潤滑設備或油質異常，混合機在運動時將加劇磨損，導致混合機振動。

（4）地基螺栓松動?；旌蠙C長期運轉時，筒體的振動由自身傳入地基，輕微情況下會引起螺栓螺母松動，嚴重情況將對地基造成損壞，導致混合機底部的穩定性降低而產生振動。

（5）設備磨損疲勞。混合機在運轉中，隨時間延長磨損持續加重，對如齒輪等關鍵部位例影響最大[2]。托輥與輥道的磨損及點蝕（如圖1所示）導致其表面粗糙度變差，齒輪的磨損將造成嚙合尺寸、齒面接觸點變化，最終影響筒體整體的平穩轉動，從而產生振動。

圖1 托輥表面點蝕

（6）安裝誤差?；旌蠙C安裝時，圖紙中包含設備的各尺寸及精度標準，若安裝過程中產生間隙或錯位，關鍵部位的精度將受影響，長期運行中會加劇設備磨損振動。

（7）混合機的傳動裝置為單側布置，齒輪傳動過程對筒體產生不平衡的推力，使筒體產生徑向振動，振動幅度隨轉速升高而增大。齒輪嚙合、聯軸器對中等誤差會加劇振動。

混合機的運動方式與單側傳動裝置布局會適當增加筒體振動，但不是造成此次平臺振動與混合機自身振動都偏大的主要原因，故第一項為次要原因。物料的沖擊會造成混合機短時間內振動波動，物料粘連在襯板上會導致筒體持續性重量分布不均，但觀察到襯板僅少量粘料，故影響較小，因此第二項作為筒體振動的次要原因。點檢發現，運動設備的油膜正常，大齒輪磨損嚴重但兩輥道與一側托輥上出現多處點蝕、疲勞，小齒輪地基螺栓有兩處松動，因此排除第三項，確定第四、五項為筒體振動的主要原因。燒結二次混合機自投產以來，從未進行大修，故可以排除安裝誤差對混合機振動的影響，排除第六項。

根據上述分析，混合機振動的主要原因為第四、五項，次要原因為第一、二、七項。

3  混合機振動處理方案

針對以上振動因素，通過對混合機進行全面大修，以解決混合機振動偏大的問題。初步擬定的方案是為期25天的混合機大修，但考慮到生產損失、運營成本、資源利用與企業競爭力等方面影響，對施工工序并行化、合理化安排，將工期降低至16天?；旌蠙C平面布局如圖2所示，本次混合機大修主要的工作包括磨損的輥道車削、西南角托輥更換及調整、小齒輪地基重澆筑、大齒圈磨損更換等方面，最后通過整體調試，降低混合機振動以滿足生產要求。
 

圖2 混合機平面示意圖

3.1 輥道車削

在混合機振動處理中，輥圈車削采用專業的技術方案，使混合機兩側的輥道修復后處于同一水平線上[3]。按照混合機圖紙設計要求，筒體兩端輥圈的跳動誤差應≤2mm，大齒圈的徑向跳動誤差應≤1.5mm，由于輥道的車削精度最終影響筒體的運動軌跡，進而影響大齒圈的跳動，故車削時，筒體水平度與中心軸同軸度均應≤1.5mm。按照施工方案要求，輥道表面徑向跳動應在1mm范圍內。根據實際驗收測量如表1所示，出料端棍道徑向跳動以及軸向跳動在10-20絲范圍內，進料端輥道徑向跳動以及軸向跳動在10絲范圍內，均滿足驗收要求。

3.2 托輥更換及調整

如圖3所示，按照設計要求，輥道接觸點連線與垂直方向成30°夾角，鋼托輥與中心線距離L=1390mm，且兩側托輥沿筒體中心線對稱，輥道的半徑為R₁,托輥的半徑為R₂。
 

圖3 混合機托輥與輥道接觸側面示意圖

首先將筒體中心線投射到托輥平臺上做一個記號，托輥按照此中心線調整距離。由于輥圈車削后直徑減小，故四個托輥與筒體中心線距離均要重新調整。按照要求，調整水平誤差為±1mm，高度誤差為±0.5mm。設車削前鋼托輥與筒體中心線水平距離為L，車削后鋼托輥與筒體中心線水平距離為L’，輥道實際車削量為t，輥道外圈半徑為R₁，剛托輥外圈半徑為R₂，則有：

由于托輥與筒體中心線距離的調整將影響齒頂間隙，故先粗調托輥與筒體中心線距離，待筒體回落后，再配合齒輪嚙合精調托輥與筒體中心線距離，實際調整以筒體的車削量為準。

3.3 小齒輪地基重新澆筑

拆除小齒輪舊地基前，用水準儀測量測量小齒輪底座兩側共8個螺栓位置高度，澆筑時先用千斤頂調整鋼結構架高度與測量一致，再進行澆筑。如圖4所示，由于混合機整體成1.5°的傾斜角，因此螺栓的位置有高度差，此高度差是保證小齒輪與大齒輪軸向平行的關鍵。

混合機小齒輪底座由8個螺栓固定，東西兩側各4個螺栓，測量結果如表2所示。東西兩側對應螺栓理論上處于同一水平面，但實際測量中小齒輪西側地基沉陷，南北側落差正常，因此澆筑小齒輪地基時校正凹陷一側的地基至兩端水平。

3.4大齒圈更換及調整

大齒圈由兩個180°半圈組成，更換時用微動系統將任一半齒圈轉動至混合機圓筒正上方，此時將筒體固定，防止轉動，拆除連接螺栓，用吊車將半齒圈從筒體上吊起拆除，然后安裝新半齒圈，按照預留的粗調螺栓孔將其固定。再將筒體轉動180°，用同樣的方法更換另一半齒圈。粗調大齒圈按照先徑向后軸向的順序，徑向調整是以筒體外圓為基準，用千斤頂對大齒圈位置作適當調整，調整的同時用鋼直尺測量大齒圈與筒體的相對距離，使其誤差控制在5mm之內，軸向調整是以筒體外法蘭齒圈安裝面為基準，調整連接螺栓，使大齒圈與筒體的結合間隙小于1mm。精調大齒圈要在小齒輪底座焊接百分表測量支架，用于精確測量大齒圈徑向跳動與軸向跳動，利用微動電機傳動系統轉動混合機，每轉動一周測量八次數據，對測量的數據分析后，利用千斤頂調整大齒圈位置，重復以上操作，直至大齒圈徑向跳動≤1.5mm。精調符合要求后，緊固普通螺栓，清理齒圈異物，對大齒圈進行鉆孔并配鉸，每配鉸一鉸制孔后打入相應的鉸制螺栓并緊固，完成后即可卸下所有千斤頂，并對大齒圈跳動進行再檢測。配鉆前后大齒圈跳動值如表3所示，配鉆前大齒圈徑向跳動誤差為1.05mm，配鉆后跳動誤差為0.92mm，前后誤差相差不大且小于要求的1.5mm。

3.5 混合機整體調試

混合機整體調試要求保證齒輪良好嚙合，托輥對稱性及同軸度達到精度要求，再測量混合機試運行振動值，通過微調打磨等方式降低混合機振動值，以滿足生產要求。

首先對小齒輪傳動部分進行校正，以未移動的減速機一側為固定端，調整小齒輪位置。從減速機端焊接出一條橫桿，利用兩個千分表，同時測量小齒輪軸的徑向和軸向位置，利用微動電機轉動減速機，每轉動90°測量一次跳動值，轉動一周測量四次。根據徑向和軸向測量的跳動值，利用墊片或螺栓調整軸跳動，重復以上操作，直至低速軸跳動值在要求的20絲以內。測量結果如表4所示，徑向跳動誤差為7絲，軸向跳動誤差為12絲，均滿足校正要求。

固定小齒輪位置后，通過微調托輥來調整齒輪嚙合間隙。按照要求，齒頂間隙應為0.25倍齒輪模數，大齒圈模數40，則齒頂間隙為0.25×40=10mm，但是實際考慮到大齒輪振動問題，為提高齒輪的使用壽命，將齒頂間隙控制在14mm較為適宜。通過調節托輥與筒體中心線距離即可調整齒頂間隙。由于小齒輪為舊齒，故以小齒輪工作面測量齒側間隙結果不理想，無法保證齒輪的傳動精度與振動。而齒輪非工作面保留較為完整，因此以小齒輪非工作面測量齒側間隙，確保齒輪傳動的準確性。

齒側間隙確定后，由于小齒輪齒寬大于大齒圈，在長期的傳動過程中，小齒輪工作面受壓變形，導致齒面中間凹陷而兩側突起，細微的軸向偏差會影響齒輪傳動過程中兩側的平衡；小齒輪工作面的不均勻磨損減少了新舊齒輪嚙合的接觸點，此為新舊齒輪非對稱更換的難題。確定方案為，在齒輪上撒下紅丹粉，并轉動齒輪，觀測小齒輪接觸點情況，針對接觸點少于70%的齒面進行打磨。方案實施后，雖然齒輪部分漸開線受損，但齒輪嚙合時接觸點增多，提高新舊齒輪嚙合的穩定性，有效降低齒輪嚙合過程中引起的振動。為使齒輪快速適應，在齒輪運行過程中添加磨合油，促進齒輪磨合至平穩狀態，進一步降低混合機振動。

混合機齒輪經過一段時間磨合后，測量振動值如表5所示，通過對混合機檢修前后負載時振動進行對比發現，軸向振動并無明顯變化，在水平與垂直方向上，通過矢量計算得出，驅動端振動降低了44.2%，非驅動端振動降低了27%，驗證了此次檢修方案的有效性，從側面說明了新舊齒輪非對稱更換及調試措施可行性。

3  結語

本文針對燒結二次混合機振動異常現象，提出了基于新舊齒輪組合應用的施工方案，該方案使混合機關鍵部位振幅平均降低了35.6%，通過對項目工序并行化安排及時間的合理化利用，使檢修工期比原定時間降低了36%。為同類型設備的修復提供了可行的解決思路。

通過實踐經驗結合在線監測系統對異常原因進行了系統分析，確定了磨損疲勞及地基螺栓松動為此次混合機產生振動的主要原因。在檢修方案制定時，突破傳統成對更換齒輪的思維定式，提出僅更換大齒輪而保留舊小齒輪的優化策略。通過對新舊齒輪材料性能、齒形參數的匹配性分析，結合現場調試優化，大幅降低了設備成本與檢修工期。同時構建了混合機振動的“故障診斷-方案設計-調試優化-實施驗證”的全流程治理體系，為同類設備故障診斷與處理方法提供了實際參考。方案實施后，設備運行穩定性得到保障，滿足了燒結生產連續化、高效化的工藝要求。

盡管本研究初見成效，但受條件與周期限制，新舊齒輪長期服役后的磨損規律及動力學性能變化仍需進一步跟蹤研究。未來探索智能化監測技術在混合機中的應用[4]，以及基于大數據與人工智能的設備故障預測方法^[5]，能為燒結設備的智慧化運維提供更完善的解決方案。

參考文獻

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