磨机振动问题浅析
2019-03-15
刘德武，郭武刚
矿用磨机（以下简称“磨机”）是选矿厂的核心设备，广泛应用于各金属矿山。其工作的可靠性、稳定性直接决定了矿山企业的效益。在实际生产中，引起磨机振动的原因有传动系统的故障，一般包括轴线同心度超差、轴承损坏和齿轮损坏等；基础问题引起的故障一般包括刚度不足、开裂和不均匀沉降等；其他问题引起的故障包括地脚螺栓松动、设备结构自身等。磨机振动后如果不及时处理，轻则引起相关零部件磨损加剧，重则导致设备损坏，企业停产。因此及时查出振动的原因并消除振动，保证设备正常运转，有重要的现实意义。
1 引起振动的原因分析
1.1 传动系统引起的振动
在传动系统引起的故障中，因轴线同心度差引起的振动和安装维护有较大关系，主要表现为2个相连不同心的零件振动Z大，然后向两侧逐渐衰减，需重新调整相关零部件的同心度使误差缩小到规定范围内。如果是轴承或齿轮等零部件的损坏，初期一般表现为周期性振动，会引起轴承等相关零部件发热，需先找出具体原因，消除故障，必要时对轴承和齿轮进行修复或更换。
某公司φ6.2m×9.8m溢流型球磨机在运转过程中，发现小齿轮轴承座靠近离合器侧的振动较大，慢驱侧的振动较小，引起轴承发出异响。打开轴承座检查发现，离合器侧轴承内外圈有大面积的点蚀剥落，慢驱侧正常。现场振动数据如图1所示。
图1 现场振动数据
通过图1可以看出，离合器侧振动为：x轴5.11mm/s，y轴为5.12mm/s；慢驱侧振动为：x轴2.29mm/s，y轴为1.31mm/s。其中离合器侧的振动超出了国家规定的标准4.5mm/s。停车后检查齿面接触良好，侧隙符合说明书要求。故怀疑是小齿轮轴和电动机轴不同心所导致的，需对离合器进行检测。端跳与径跳检查结果如表1所列。
通过表1可知，小齿轮轴和电动机轴端面误差为1mm，径向误差为0.53mm，其同心度误差已大于要求的0.2mm，振动增大导致轴承损坏。更换轴承，重新调整小齿轮轴和电动机轴的同心度后开机，振动值均小于1mm/s，轴承温度也有所降低，设备恢复正常运转。
振动是影响设备正常运行的主要原因，频谱是故障信号在坐标系的反映，熟练掌握频谱分析及频谱和故障的内在联系，可快速找出故障源，解决问题。
1.2 基础引起的振动
基础开裂和不均匀沉降是引起磨机振动的主要原因。开裂可能是基础质量或振动引起的，二者相互影响，导致振动和开裂持续发展，故基础的施工质量至关重要。不均匀沉降属于地质方面的问题，在施工前必须保证地质结构的稳定。基础设计比较薄弱导致地基刚度不足，地基刚度设计必须符合相关的国家标准和行业规范，如已施工不符合要求的必须进行加固处理。另一种情况是二次灌浆层不合格、不密实或凝固不好。
某铜矿双驱半自磨机，运行一年内有一侧小齿轮轴承振动情况一直不好，后来突然加剧，经检查发现小齿轮基础出现裂纹，将整个小齿轮移出后，发现其底座的防滑肋槽内的环氧树脂未凝固。
某矿有2台φ4.8m×7m溢流型球磨机，2011年11月底，2号磨机在运转过程中突然发生较大振动，被迫停机。现场工作人员对大小齿面进行检查，发现其接触面光洁度较好。随后用水平仪对磨机筒体进行检查，发现进料端和出料端高差高达0.38mm/250mm，如果按2个主轴承中心线长度为11m计算，进料端比出料端高出16.72mm。检测人员又用连通器进行检查，结果显示非传动侧进料端比出料端高10mm，传动侧进料端比出料端高8mm，平均进料端比出料端高9mm。可以看出磨机进料端和出料端的高差已经远远大于要求的数值0.5~1.0mm，初步判断，引起磨机振动的原因可能是地基不均匀沉降导致的。另外观察慢驱侧的小齿轮基础，发现二次灌浆层已经被完全破坏，其灌浆层下面的基础也有裂缝，这些裂缝加剧了振动，振动又增大了裂缝，造成恶性循环。
针对上述情况，解决方法有以下几种：①增加钢板，将出料端主轴承垫起来，使进出料端高差符合相关规定。按原要求检查钢板和主轴承底座、底板的接触及调整后大小齿轮的侧隙和接触情况，均达到要求；②小齿轮底座二次灌浆层需重新灌注。将灌浆层下裂开的基础打掉，通过焊接钢肋的方法，保证再次浇灌的基础与原基础连成一体。为了节省时间，缩短工期，可以采用无收缩灌浆料灌注。应注意因材料不同而导致热胀冷缩的不同会引起的问题；③由设计单位做出基础加固的方案，确保地基不再下沉，并在合适位置做出沉降观测点，随时观测磨机基础的变化情况。经过上述措施整改后，磨机振动情况明显得到改善，可正常运行。
1.3 其他情况引起的振动
除上述2种情况外，引起磨机振动的原因和地脚螺栓的紧固及设备自身的结构也有关。设备自身有振动固有频率，如果与基础的固有频率或基础固有频率的倍频相同或接近时，会引起强烈的振动甚至共振，导致设备损坏。处理此类情况，需改变设备或基础的固有频率，增加二者之间的频率差。
2 振动原因的诊断和避免方法
2.1 振动诊断方法
诊断磨机振动的原因可以用排除法，按先易后难的原则逐项排除。①看设备的运行情况，仔细观察磨机振动的现象，记录和分析控制系统的监测数据；②磨机振动经常伴有异响，注意发出响声的部位和特点，进行综合判断；③了解设备的基本情况，询问现场操作工或其他相关人员，记录振动开始的时间、磨机振动的现象、已采取的措施及规格型号等基本信息；④用手感受振动部位的温度、剧烈程度等，必要时借助仪器分析磨机振动的情况，是诊断设备振动故障的有力手段。
通过上述手段对磨机振动情况有了初步了解后，用可排除法诊断振动的原因，按如下步骤：①检查地脚螺栓的紧固情况；②仔细检查基础有无裂纹；③停车对基础沉降进行检查，主要包括主轴承和传动系统的基础是否和安装初期相一致。如进料端主轴承应比出料端主轴承高0.5~1.0mm等；④检查齿轮啮合是否正常、离合器是否有损坏；⑤停车检查传动系统中传动轴线的同心度情况；⑥其他检查。
2.2 振动避免方法
避免设备发生振动，要注意以下问题：①对设备和基础进行扭振分析，特别注意衬板提升条的数量，大小齿轮齿数，筒体、端盖和齿轮等的分瓣数，尽量避开系统的倍频区；②保证基础的强度和刚度，符合相关规范的要求；③在制造和安装时，要特别注意同轴度和二次灌浆的质量；④操作者需做好维护工作，使设备处于良好的运行状态，发现问题需及时处理。
3 结语
如果磨机出现异常振动没有得到及时处理，会加剧零部件的磨损，加大设备精度修复的难度。通过对多种振动因素的综合考虑，才能有效地提高故障诊断的准确率。对设备进行状态监测和故障诊断，及时找出故障的部位和原因，科学地制定检修措施，在较短时间内使设备恢复运行，保证企业的安全稳定生产。
引文格式：
[1]刘德武，郭武刚.磨机振动问题浅析[J].矿山机械，2018，46(12):69-71.
（来源： 矿山机械杂志）
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