回转窑托轮的调整1

回转窑托轮的调整(二)

江旭昌

2 回转窑筒体轴向窜动的控制

由前所述，回转窑筒体因倾斜放置，在运转时发生沿轴向下窜是必然的。如果不加控制就会发生掉窑或窑体下炕的重大设备事故。这种事故确实在一些水泥厂中发生过，如抚顺水泥厂。但是，如果采取一定的措施，使回转窑筒体在运转时不发生窜动是完全可能的。可是这样做会导致托轮和轮带表面的磨损不均，表面母线出现凹凸现象，大小齿轮两侧很快出现台棱，有时由此会引发不应有的事故。因此必须对窑体的窜动进行控制。

2.1 回转窑筒体轴向窜动控制的要求

为了保证回转窑筒体能够有规律地作上下往复窜动，控制的核心是窜动速度。由上文对Φ3.5 m×145 m回转窑筒体窜动的实例分析中可见：如果不加控制，其下窜速度是很大的，每分钟达3.8 mm。显然，这样大的窜动速度必然会加剧托轮、轮带和大小齿轮的磨损，有害无益。

长期的使用经验表明，回转窑筒体上下一个周期往复窜动时间，对传统窑型，即1 r/min左右的回转窑筒体控制在24 h左右就能有效地避免轮带和托轮表面以及大小齿轮磨损不均。这就是说，在保证托轮、轮带和大小齿轮沿宽度方向磨损均匀的前提下，窑体的窜动速度越少越好。经讨论认为：窑体上窜的时间为8 h，下窜时间为16 h较为恰当。在以前设计的回转窑，窑体往复窜动的距离为50 mm左右。因此，窑体的上窜速度为vs＝50／8＝6．25 mm/h，即窑体每转一

转上窜为0.104 mm左右；窑体的下窜速度为vd＝50／16＝3．125 mm/h，即窑体

每转一转下窜为0.05 mm左右。对于新型干法预分解窑，窑筒体转速n1＝3～4

r/min，即是传统窑型的3～4倍。使用的时间还不算太长，这方面的经验还没有总结出来。不过从磨损速率保持相当来看，窑体上下往复一个周期的时间应该缩短，为传统窑型的1／3～1／4，即8～6 h，平均为7 h，上窜时间控制在2.5～3.0 h，下窜时间控制在4.5～5.0 h左右。这样上下窜动的速度也就同时增大了3～4倍。

窑体上下窜动的距离近来有减小的趋势发展。以前一般都设计在50 mm左右，而现在有设计为10～15 mm的。这样，托轮和小齿轮的宽度就都可以减小，不必像以前托轮比轮带、小齿轮比大齿圈起码宽50 mm以上。同时也会简化窑头和窑尾密封的结构，从而大大改善其密封效果，还会减轻托轮和小齿轮两侧出现凸肩、轮带和大齿圈两侧出现压延卷边的现象，从而可延长它们的使用寿命。

2.2 回转窑筒体轴向窜动控制的方法

为防止回转窑筒体因轴向窜动不当而产生事故，在结构上设计了三种挡轮装置：不吃力挡轮或称信号挡轮、吃力挡轮和液压挡轮。前两种应用已久，至今也仍有应用，后一种出现较晚，比较先进，现在在较大的回转窑上普遍应用。 不吃力挡轮和吃力挡轮没有推动窑筒体沿轴向向上窜动的功能，只能当窑体轴向下窜一定位置时阻挡其下窜。因此，如果不采取措施，回转窑筒体通过轮带侧面与挡轮外锥面或外圆面的接触而受到挡轮的阻挡，不再轴向下窜。这样一来，窑体就会永远处在一个固定的轴向位置上回转。显然，这不是人们所期望的。况

且不吃力挡轮还没有平衡窑体下窜力的能力，即使发出信号，也使操作者束手无策。为防止将这种挡轮顶坏，只有停窑。这就必须设法使窑体产生一个上窜的能够平衡下窜的作用力，当信号挡轮发出信号时，使上窜的作用力发挥作用，迫使窑体上窜。对于吃力挡轮，虽然能够平衡窑体的下窜力，不会造成设备事故，但窑体永远处在轴向一个固定位置上运转也是十分不利的。于是产生了歪斜托轮调整法。

2.2.1 歪斜托轮调整法

带有吃力挡轮和不吃力挡轮的回转窑，普遍采用歪斜托轮调整法使回转窑筒体按所需要的规律上下往复窜动。

2.2.1.1 歪斜托轮调整法的原理

如图5a所示，当托轮的轴向中心线完全平行于回转窑筒体轴向中心线时，托轮与轮带在接触处的平均圆周线速度。但是，当托轮轴向中心线调成与窑筒体轴向中心线歪斜一个很小的角度θ时，则托轮与轮带在接触处的平均圆周线速度。它们之间的关系变成图5b所示的情况，托轮的平均圆周线速度方向与托轮和轮带横向中心线PQ也歪斜一个θ角。将分解为一个横向平均分速度,s和轴向平均的速度,x，显然,s＝v1，即与轮带的平均圆周线速度

相等，方向也一致。而托轮的轴向平均分速度,x迫使窑体与其同向缓慢地移动，

由于周向弹性滑动总是存在的，所以窑体便作边回转边轴向的运动。对于轮带上的某一点来说是一个螺旋运动，即所谓的“螺旋效应”。

而这一点的运动方向与相同。

a.托轮与窑体中心线平行 b.托轮中心线歪斜

图5 歪斜托轮调整法的原理分析图

为使窑筒体的位置稳定，就必须使轴向平均分速度

下窜速度vx。根据图5b所示的速度关系得： ,x等于窑体弹性滑动的

(23) 将公式(15)代入到(23)式中，则有：

(24)

消去υ1后可得托轮轴向中心线的歪斜角θ为：

(25)

式中：θ就是保持通过调歪托轮所产生的上窜速度与窑体下窜速度平衡时托轮中心所调歪的歪斜角，单位为度。其余符号同前。

托轮歪斜θ角之后，托轮两端轴承的中心其相对位移由图5b所示的关系可利用下式计算：

e＝Lsinθ (mm) (26) 式中：e—两个托轮轴承中心的相对位移，mm；

L—两个托轮轴承中心的跨距，mm；

其余符号同前。

现以不带液压挡轮的Φ3.5 m×145 m回转窑为例来计算托轮中心线最小的歪斜角θ和(26)式中的e。

Φ3.5 m×145 m回转窑的斜度为tgα＝0.03502，cosβ＝cos 30°＝

0.86603，μ＝0.11，托轮材料为ZG55，轮带材料为ZG45，故取系数为0.001，回转窑筒体转速n1＝1 r/min，将这些已知值代入到(25)式中便可计算出θ为

0°00′57″。

托轮两轴承中心跨距L＝1 500 mm，将θ值代入(26)式中，可计算出两轴承中心的相对位移量为0.42 mm。

对1 r/min左右的Φ3.5 m×145 m回转窑，只要将托轮的轴向中心线调斜θ＝57″，由此产生的上窜速度便与下窜速度平衡。这就是说，在这种情况理论上回转窑就能在某一轴向位置稳定运转。因为这种方法是从速度平衡的角度出来分析的，所以有人又把它称为速度分析法。

2.2.1.2 歪斜托轮调整法托轮歪斜方向的判别

托轮歪斜方向的调整是非常重要的。如果方向调反，会加速窑体的下窜，甚至会发生掉窑事故，造成巨大的经济损失。如果将两挡托轮的方向调错，会造成轮带顶坏挡铁，加速磨损，过早失效。如鲁南水泥厂Φ4 m×60 m预分解窑，曾发生过一夜之间轮带顶掉7块挡铁的事故。

托轮歪斜方向的判别基本上有三种方法：

(1)速度分析法

速度分析法就是将速度分解为径向速度或横向速度和轴向速度的方法，轴向

速度υx的方向就是窑体的窜动方向，托轮轴向中心线KL的方向就是托轮应该

歪斜的方向，参见图5b。

这种方法的特点是不易发生错误，所以比较稳妥可靠。但比较复杂，一是需要绘图，二是需要有一定的矢量分析知识。对一般工人来说，判别就有一定困难。

(2)经济判别法——面对轮带法

观察者面向轮带，托轮和轮带接触处的圆周线速度在水平面投影方向指向窑体的中心方向，若窑筒体需要向下窜动，即向观察者的右臂方向窜动，则托轮的轴向中心线应向以托轮轴向和横向交叉中心点C为轴心的顺时针方向偏斜。若窑体需要向上窜动，即向观察者的左臂方向窜动，则托轮的轴向中心线应向逆时针方向偏斜一个θ角，如图6所示。

图6 托轮轴向中心线歪斜方向的判别

(3)仰手律判别法

经验判别法虽然比速度分析法简单一些，既不需要绘图，也不需要失量分析的过多知识，但用起来不太方便。因为托轮轴向中心线围绕C点的歪斜方向离开了人体，所以很容易搞错，最简单的方法就是把窑体的窜动方向、窑体的转动方向和托轮轴向中心线应该歪斜的方向集中在人的两只手上。不管用左手还是右手，手心都要向上，即仰手判别。人们把这种方法的规律称为仰手律。

利用这种方法判断托轮轴向中心线应该偏斜的方向时，首先将双手握紧，大姆指直伸，手心向上，即仰手，如图7所示。然后，将大姆指指向窑体需要或使其要窜动的方向，其余四指卷曲的方向与窑体的回转方向相同，则四指中间关节顶点的连线1便与大姆指平行的窑体纵向中心线2交成一个角度θ，斜线1的歪斜方向就是托轮轴向中心线应该歪斜的方向。注意，在调整托轮时，同一档两个托轮轴向中心线的歪斜方向必须一致，参见图5b。

a.左手仰手律 b.右手仰手律

图7 仰手律

在使用仰手律来判别托轮轴向中心线的歪斜方向时，最重要的就是利用左手或右手的选择问题。若将手选择正确，一般就不会出现错误。否则，就会导致全错。将大姆指平行于窑体中心线并指向其需要窜动的方向，若窑体绕中心线顺时针方向转动就用右手参见图7b，若窑体绕其纵向中心线逆时针方向转动就用左手，参见图7a。

用这种方法来判别托轮轴向中心线应该歪斜的方向十分简单，而且还特别容易记忆，所以应用非常广泛。

2.2.1.3 采用歪斜托轮调整法应注意的问题

歪斜托轮调整法对控制回转窑筒体的窜动是非常有效的，操作也比较简单，所以应用特别广泛。但由于管理疏忽，往往将托轮调乱，造成窑筒体同心度偏差过大，各挡受力不合理或不均匀，导致托轮和轮带磨损过快，托轮轴承烧瓦，托轮和轮带掉碴、掉块，严重时裂断、筒体和托轮的负荷增大等。如淮海水泥厂Φ5.8 m×97 m回转窑，四挡支承，曾因托轮调乱，筒体直线度严重超差，造成托轮轴承长期高温不下，严重时烧瓦，托轮边缘已断裂，筒体在轮带两侧也发生多道裂纹等。将窑体找正后，托轮稍加处理，多年的托轮瓦温过高严重影响生产的问题得到了很好的解决。因此，指出采用歪斜托轮调整法应注意的几个问题是十分必要的。

(1)调整挡位选择

对刚安装的新窑，托轮的调整应从入料端档的支承开始，尽量使窑体出料端或烧成带附近的各挡托轮的轴向中心线与窑体中心线保持平行，尽量避免在靠近

〔5〕大齿圈的支承上进行调整，如图8所示。

图8 托轮调整时的合理档位顺序

利用负荷最大挡的托轮进行调整，如带多筒冷却机回转窑的热端第一挡托轮，虽然调整见效快，使窑体能够迅速窜动，但调整时容易出现事故，同时托轮、轮带、托轮轴和轴瓦等机件均易损伤，因此尽量不用。

(2)应在运转时调整

调整托轮时，应在窑运转的情况下进行。否则，是调不动的，容易破坏机件或工具。顶动轴承下座的顶丝，每次只允许转动30°～60°，以达到微小移动的目的。移动的距离按下式计算：

(27)

式中：Ω—顶丝拧动的角度，°；

t—顶丝的螺距，mm。

在调整时，对同一个托轮两侧的轴承组，必须保证上进下退或下进上退，目的是保持托轮的中心位置C点不变。上式中的轴承下座移动的距离l应等于由(26)式所计算的两个轴承相对位移量e的一半，即：

(28)

将(28)式代入到(27)式中，则得：

(29)

在同一挡中的另一个相对的托轮两侧的轴承下座，将其顶丝拧动相同的角度，也必须保证下进上退或上进下退，以使两个托轮的轴向中心线歪斜方向相同，如图9所示。

a.托轮调整之前的位置 b.托轮调整后的位置

图9 托轮调整前后的方位

向窑筒体中心线方向移近的托轮轴承下座顶丝应拧紧，而远离的托轮轴承下座顶丝应拧松，然后采取措施或靠轮带推力使下座外移，直至与顶丝端头紧密靠严。

(3)托轮最大歪斜角度的限制

在调整托轮时，托轮的轴向中心线歪斜角度不宜过大，一般应控制在15′以下。有的资料〔5〕规定不超过30′，根据笔者的经验，此值过大。现以Φ3.5 m×145 m回转窑为例，L＝1 500 mm，则e＝1 500 Sinθ＝1 500 Sin30′＝13.09 mm，l＝6.545 mm。这样就会带来一系列的不良后果，具体内容将在后面评述。

(4)不允许采用的调整法

在调整托轮时，不允许出现“大八字”和“小八字”的形式，见图10所示。相邻两挡支承装置的托轮轴向中心线歪斜方向相反，从投影面上看，托轮的轴向中心线对窑体横向形成两个“八”字形。因为这个八字的一撇一捺距离较大，故称为大八字调整法，如图10a所示。如果相邻两挡托轮轴向中心线的歪斜角度相同，但因为歪斜方向相反，所以它们产生的轴向分速度υ2，x方向亦相反，故对

窑筒体的窜动力互相平衡掉了。这样，一是从窑体的窜动角度来说等于没调；二是会产生许多不利的作用。如加速轮带两侧及挡铁或挡圈的磨损；严重时会把挡铁或挡圈顶掉，造成重大的设备事故，如前述鲁南水泥厂的实例；因为通过轮带对筒体的作用力方向相反，使筒体在两跨之间增加了拉伸应力，容易引起断裂事故；增大了托轮轴端或轴根挡圈或止推环与滑动轴瓦端面的作用力，对滚动轴承则增大了止推轴承的负荷，其结果都要缩短它们的使用寿命，严重时会出现事故；对托轮和轮带本身也极为不利。

对同一挡两个托轮而言，其轴向中心线的歪斜方向相反，与窑体轴向中心线对称形成一个“八”字形。因为这个八字仅局限在一挡支承中，其一撇一捺又较近，所以称为“小八字”形调整法。如图10b所示，如果两个托轮轴向中心线的歪斜角度相同，则它们所产生轴向的速度V2,x大小相等，而方向恰好相反。这样，

一是对窑体的轴向窜动来说互相平衡，等于没有调整；二是同样会产生一些不利影响。如会使轮带产生附加的扭曲变形，托轮和轮带的接触面积减小，负荷增大；托轮轴端或轴根止推坏与轴瓦端面的接触压力增大，怀北水泥厂Φ3 m×48 m的回转窑曾发生将轴瓦侧面全部磨光的事故。对筒体而言，由于轮带偏斜，不仅增大了挡铁或挡圈的负荷加速磨损，而且筒体会产生局部弯曲应力等。当其严重时就会引发事故。

以上所讨论的都是在假定托轮轴向中心线歪斜角度相同的情况下，如果歪斜角度不同，则所产生的问题就会更加严重，不利影响更大。

这两种不正确的托轮调整法虽然不允许采用，然而由于认识不足，经验不够，在许多水泥厂还屡见不鲜。如江西水泥厂Φ4 m×60 m回转窑就曾经出现过由此而产生的一系列非常现象，一时还都难以解释，即厂里所说的“怪现象”。

(5)在特殊情况下不许调整

没有辅助传动的回转窑，或者有辅助传动但忘记翻窑，较长时间停窑以后，由于窑体自重会引起“载荷弯曲”，由于筒体上下温差还会引起“热弯曲”，因下暴雨会使运转着的窑体发生“突然弯曲”，在重新起动时或正在运转时都会造成一个或几个托轮与轮带不接触的现象，严重时会脱开10～ 20 mm。遇到这些特殊情况时，千万不要急于调整托轮，应使回转窑继续运转，一般经过2～3班后窑体便会自行恢复直线度，脱开的托轮自然与轮带重新接触。这时如果随意调整托轮，待筒体伸直以后，托轮上的作用力将突然变大，严重时会造成托轮轴突然折断的重大设备事故。即使托轮轴不折断，托轮与轮带的接触应力亦会突然成倍地加大。不仅会加剧它们的磨损，而且容易产生掉碴掉块，裂纹和两瓣；托轮轴承发热，甚至引起烧瓦；大齿圈顶齿、破坏齿轮的齿形，严重时会造成打齿现象；筒体应力增大，甚至会使筒体产生裂纹，垫板焊缝开裂撕落等严重后果。

a.大八字形调整法 b.小八字形调整法

图10 错误的歪斜托轮调整法

(6)避免刻面出现

对于一些较高的基础，尤其建筑在耐力较低土壤中的基础，当托轮所受到的轴向推力过大，就会使基础顶部连同支承装置的底板、轴承和托轮发生较小的位移。这时，如果轴向力大于托轮与轮带间的摩擦阻力时，托轮与轮带便会发生突然地轴向滑动，使基础顶部等恢复原位，位移消失。由于这种突然轴向滑动，在托轮和轮带的接触母线上便会拉出一条亮印，久而久之，托轮和轮带的表面就会被磨出一个个的小平面，称为“刻面”。这种刻面的产生往往是由于托轮调整不当所致。另外窑体的扭转振动也会产生这种刻面，因为窑体的跨距很大，筒体会有扭转变形。当托轮调整不当或某些结构的阻力过大，便会造成某一挡的轮带不能连续均匀地转动，而是一下一下地转动，从而也会产生刻面现象。如果遇有这样情况不及时调整托轮，使刻面继续发展，就会使托轮和轮带表面出现多边形，产生严重的振动现象。

营口市水泥厂Φ3.5 m×60 m余热发电窑，因托轮和轮带表面曾一度磨成多

边形(照片略)，产生了剧烈的振动，基础顶面的振幅达10 mm。当时厂里十分担心，拟采用加固基础和车削托轮和轮带表面解决。笔者到厂后，详细观察了运转情况，认为不须加固基础，托轮和轮带表面也没有必要车削。分析后认为主要是托轮调整不当，窑尾密封阻力过大，造成扭转振动的结果。随即对托轮进行了调整，运转约一个月后托轮和轮带的表面多边形消失，已被磨圆，振动也逐渐减小，最后消除，节省了大量资金。

作者单位：天津水泥工业设计研究院 (300400)