邵斐豪,馬 嘯,戴東楠
(中國(guó)太平洋財(cái)產(chǎn)保險(xiǎn)股份有限公司,上海 200080)
在承保多家國(guó)內(nèi)大型水泥生產(chǎn)龍頭企業(yè)的過(guò)程中,保險(xiǎn)公司風(fēng)險(xiǎn)工程師為大量水泥企業(yè)提供防災(zāi)防損服務(wù)。水泥生產(chǎn)過(guò)程中使用的各類機(jī)電設(shè)備已經(jīng)成為重要的生產(chǎn)要素,相對(duì)于原材料的選擇多樣性,各生產(chǎn)線尤其是核心關(guān)鍵設(shè)備是確保企業(yè)生產(chǎn)高產(chǎn)出率、高連續(xù)性、高效率性、高品質(zhì)的基石??偨Y(jié)歷年風(fēng)險(xiǎn)查勘的情況,絕大部分企業(yè)的各類產(chǎn)線都存在設(shè)備瑕疵和小故障,設(shè)備管理部門(mén)基本維持“只要設(shè)備不強(qiáng)停,維保檢修放一放”的狀態(tài)。最為突出的就是水泥輥壓機(jī),作為水泥行業(yè)生產(chǎn)的核心關(guān)鍵設(shè)備,存在工作環(huán)境惡劣、低速重載運(yùn)行、載荷波動(dòng)大、系統(tǒng)部件多、零部件老化等影響因素,再加上環(huán)保節(jié)能引起的頻繁啟停機(jī),輥壓機(jī)在使用過(guò)程中難免出現(xiàn)故障。而輥壓機(jī)減速器又是重中之重,結(jié)合保險(xiǎn)公司理賠案件的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),始終是出險(xiǎn)案件數(shù)量和賠付金額占比較高的關(guān)鍵設(shè)備之一。
在各類輥壓機(jī)中,故障率、損失率最高的設(shè)備就是減速機(jī),故對(duì)減速機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的分析、研究是首要任務(wù)。
在減速機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中,發(fā)熱和漏油的現(xiàn)象是普遍問(wèn)題。在減速機(jī)連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間不間斷工作的同時(shí),減速機(jī)內(nèi)各個(gè)齒輪相互摩擦運(yùn)行工況差、負(fù)載大,金屬齒輪間摩擦熱量大、升溫快,較易達(dá)到異常高溫;減速機(jī)內(nèi)潤(rùn)滑油在高溫環(huán)境下稀釋并改變分子性狀,從減速機(jī)各個(gè)縫隙中被擠出,又加劇了減速機(jī)的發(fā)熱情況。若對(duì)于潤(rùn)滑油的使用缺乏科學(xué)、有效、成體系的管理模式,則會(huì)降低設(shè)備完好率、增加油耗量,造成經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境污染,情況嚴(yán)重時(shí)還可能引起減速機(jī)少油、斷油,加劇齒輪嚙合面磨損,齒輪發(fā)生剝離或者咬焊,引發(fā)設(shè)備安全事故。
(1)滲漏泄漏。水泥廠各產(chǎn)線大多使用閉式減速器,實(shí)地查勘中發(fā)現(xiàn)有局部漏油情況發(fā)生,大致可將潤(rùn)滑油泄漏情況做以下分類:①不同密封面,如靜密封面、動(dòng)密封面;②不同機(jī)體部位,如低速軸伸出端與軸承端蓋軸孔之間縫隙、高速軸伸出端與軸承端蓋軸孔之間縫隙、箱體結(jié)合面;③不同故障,如油封失效、密封蓋彈出、通氣器漏油等。
(2)油溫過(guò)高。減速機(jī)運(yùn)行中,減速機(jī)內(nèi)部潤(rùn)滑油溫度快速上升,若由于某些異常情況,如泄漏導(dǎo)致油量不足、超負(fù)荷導(dǎo)致部件磨損加劇等原因,潤(rùn)滑油溫升較易超過(guò)既定上限工作溫度,直接引發(fā)潤(rùn)滑油性狀改變,主要體現(xiàn)在稀釋和氧化,潤(rùn)滑油失去壓力、潤(rùn)滑、冷卻、吸振等關(guān)鍵作用,同時(shí)還會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生大量油泥和酸性物質(zhì)。在原本就比較惡劣的工作環(huán)境中,加劇了潤(rùn)滑油失效的因素,超溫超壓情況下潤(rùn)滑油分子間結(jié)合被打破,凝結(jié)性能、延伸性能大幅下降,導(dǎo)致齒輪表面、軸承等部件表面潤(rùn)滑油覆蓋不足乃至流失,金屬部件失去潤(rùn)滑油保護(hù)直接嚙合,溫度急劇升高、壓力急劇增大,很快就會(huì)形成點(diǎn)蝕、磨損、變形,若不及時(shí)維護(hù)保養(yǎng),不久就會(huì)嚴(yán)重磨損乃至損壞。
(3)油品下降。無(wú)論何種潤(rùn)滑油,在日常運(yùn)行過(guò)程中都不可避免地面臨品質(zhì)下降的問(wèn)題,減速機(jī)中的潤(rùn)滑油尤為甚之。金屬粉末、析出游離水、滲入空氣等都是污染物的主要來(lái)源之一,異物嵌入加劇磨損卡澀、酸性物質(zhì)腐蝕金屬部件、氧化變質(zhì)降低潤(rùn)滑油黏度等都是主要問(wèn)題表象。潤(rùn)滑油中的成分和元素也隨著使用時(shí)間、使用工況而發(fā)生轉(zhuǎn)變,當(dāng)某一元素超過(guò)正常參考值或產(chǎn)生異常變化,則可能意味著某些部件已經(jīng)發(fā)生損傷或故障。
減速機(jī)在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后,較為容易發(fā)出異響,且振動(dòng)幅度、振動(dòng)頻率產(chǎn)生異常,最終可能導(dǎo)致無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。減速機(jī)發(fā)出異響或振幅變大、振動(dòng)頻率不均,有較大概率是減速機(jī)固定螺栓松動(dòng)、脫落或由于減速機(jī)內(nèi)部的齒輪、軸承嚙合程度不良,此時(shí)減速機(jī)已經(jīng)處于帶病運(yùn)行過(guò)程,若不及時(shí)處理,有可能造成更嚴(yán)重機(jī)械損傷。減速機(jī)內(nèi)各類型齒輪相互銜接工作,在長(zhǎng)時(shí)間高溫情況下,零件金屬微結(jié)構(gòu)改變,導(dǎo)致金屬零件失去物理性能。由于金屬對(duì)熱脹冷縮敏感,加大或減小減速機(jī)內(nèi)部零件之間的間隙距離,會(huì)產(chǎn)生敲擊、打齒或抱緊、鎖死等情況,在壓力、溫度、潤(rùn)滑程度、內(nèi)應(yīng)力等多重因素下,導(dǎo)致齒輪部件磨損的情況,影響減速機(jī)的正常運(yùn)行,并大大降低其使用壽命。
(1)斷齒。齒輪局部或者整體出現(xiàn)斷裂,進(jìn)一步可分為以下3種:①塑變斷裂,齒輪受到周期性的脈沖應(yīng)力沖擊,材料本身達(dá)到疲勞極限,容易在齒輪根部產(chǎn)生裂紋并延伸擴(kuò)展,最終導(dǎo)致斷齒;②疲勞斷裂,齒輪承受的應(yīng)力存在較大波動(dòng),材料的彈性降低,疲勞增加,裂紋逐漸增加,齒輪承載能力下降最終導(dǎo)致斷齒;③過(guò)載斷裂,當(dāng)齒輪承受的載荷遠(yuǎn)超過(guò)其承受的最大限制導(dǎo)致斷裂。
(2)疲勞。齒輪做周期性運(yùn)動(dòng),兩齒輪接觸是相互嚙合的過(guò)程,接觸面之間存在作用力與反作用力,由于嚙合點(diǎn)的變化,接觸應(yīng)力也產(chǎn)生脈動(dòng)循環(huán)變化。當(dāng)兩齒輪的接觸面持續(xù)承受較大的剪切應(yīng)力時(shí),在齒面刀痕處會(huì)產(chǎn)生小裂紋,隨著接觸應(yīng)力的反復(fù)作用與時(shí)間推移,裂紋由表面向齒輪內(nèi)部延伸發(fā)展。齒面出現(xiàn)剝落與疲勞淺坑,主要就是齒輪表面裂紋增加、成環(huán)狀導(dǎo)致的。
(3)膠合。在減速機(jī)正常運(yùn)行的過(guò)程中,齒輪表面覆蓋的潤(rùn)滑油形成油膜承受壓力。當(dāng)某些因素導(dǎo)致齒輪嚙合壓力過(guò)大時(shí),潤(rùn)滑油膜就會(huì)被擠破、撕裂,齒輪表面會(huì)在無(wú)潤(rùn)滑油潤(rùn)滑的情況下直接接觸。由于齒輪工作環(huán)境溫度高,加之失去潤(rùn)滑油的保護(hù),可能造成兩個(gè)齒面膠合在一起;當(dāng)兩個(gè)齒輪發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),齒輪表面金屬就會(huì)脫落,較硬的齒面將較軟的齒面上的部分材料沿滑動(dòng)方向撕下而形成溝紋,造成齒面損傷。
(4)磨損。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后潤(rùn)滑油中可能含有雜質(zhì),加上嚙合齒面間的相對(duì)滑動(dòng),使一些較硬的磨粒進(jìn)入了摩擦表面,改變齒廓,加大側(cè)隙,導(dǎo)致齒面磨粒磨損。
(5)裂紋。裂紋分為制造裂紋和使用裂紋:制造裂紋主要由鍛造中的缺陷造成,如刮傷、折疊等;使用裂紋主要由使用過(guò)程中承受過(guò)大的應(yīng)力造成,主要集中在受力較大且不均勻的部位,如輪輻、輪齒、輪轂和輪緣等。
(1)油量不當(dāng)。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中,減速機(jī)密閉空間內(nèi)潤(rùn)滑油油池劇烈擾動(dòng),加之潤(rùn)滑油進(jìn)油方式可能為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)強(qiáng)制潤(rùn)滑,在減速機(jī)內(nèi)潤(rùn)滑油飛濺。減速機(jī)內(nèi)潤(rùn)滑油量過(guò)多或過(guò)少都會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障:若油量過(guò)多,潤(rùn)滑油容易在軸封、端蓋、結(jié)合面等處形堆積,形成油垢、導(dǎo)致漏油,增加軸承和齒輪等部件的運(yùn)行阻力,電機(jī)能耗上升,散熱效率下降,油溫升高、黏度下降,表面的油膜變薄,正常的潤(rùn)滑狀態(tài)被破壞,設(shè)備發(fā)生磨損;若油量過(guò)少,齒輪、軸承等轉(zhuǎn)動(dòng)部件不能得到充分潤(rùn)滑,油膜非常薄或不能形成油膜,不能起到潤(rùn)滑作用,設(shè)備磨損往往比前者更嚴(yán)重。
(2)通氣不順。減速機(jī)工作環(huán)境的限制會(huì)使減速機(jī)出現(xiàn)通氣器堵塞或者通氣不順等現(xiàn)象,導(dǎo)致減速機(jī)內(nèi)部因運(yùn)行產(chǎn)生的氣體無(wú)法正常排出,引起箱體內(nèi)部的溫度快速升高,大大增加箱體內(nèi)部的氣壓,箱內(nèi)潤(rùn)滑油在壓力作用下會(huì)從設(shè)備縫隙處滲漏。
(3)維檢精細(xì)程度不夠。減速機(jī)的日常檢修對(duì)其正常運(yùn)行有非常重要的意義,潤(rùn)滑油的油量、油壓、油溫、油品等參數(shù)的日常及定期維護(hù)檢查至關(guān)重要,時(shí)刻掌握潤(rùn)滑油的工作狀態(tài)才能確保設(shè)備產(chǎn)線正常運(yùn)行,若密封膠、密封圈等部件的清理、更換、選型、安裝任何環(huán)節(jié)未按照標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行都會(huì)影響后續(xù)生產(chǎn)。
(4)設(shè)計(jì)不合理。主要表現(xiàn)為未設(shè)計(jì)回油槽導(dǎo)致潤(rùn)滑油聚集滲漏、未裝配通風(fēng)罩導(dǎo)致內(nèi)部溫度壓差不均、檢查孔蓋板材料太薄導(dǎo)致變形等情況。
(5)加工安裝精度較低。減速機(jī)對(duì)加工和安裝的精度要求較高,若設(shè)備的安裝精度沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,減速機(jī)底座螺栓可能松動(dòng),引起高、低速軸孔處的密封圈磨損和機(jī)體振動(dòng)加劇。若軸的精磨公差不到位、端蓋加工精度不夠、液體密封膠涂抹不夠或者箱體配合面粗糙度不夠等,都會(huì)產(chǎn)生不同類型的風(fēng)險(xiǎn)情況。
(1)制造安裝誤差。減速機(jī)的齒輪在制造、安裝中極可能存在誤差不達(dá)標(biāo)情況。每個(gè)齒輪可能都符合質(zhì)量要求,但當(dāng)多個(gè)齒輪組建成齒輪副時(shí),誤差被疊加,影響整個(gè)機(jī)構(gòu)的嚙合程度,可能會(huì)造成齒輪間過(guò)盈或間隙。運(yùn)行時(shí)會(huì)額外產(chǎn)生高溫、壓力、應(yīng)力,導(dǎo)致齒輪噪聲與振動(dòng)頻率異常,進(jìn)而發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)事故。
(2)工作環(huán)境惡劣。減速機(jī)內(nèi)部齒輪長(zhǎng)期處于高溫度、高磨損、高應(yīng)力、高振動(dòng)的環(huán)境中工作,對(duì)每個(gè)齒輪的質(zhì)量都是考驗(yàn)。在如此惡劣的工作環(huán)境中,難免會(huì)造成齒輪的風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生。
(3)消耗損傷加劇。齒輪表面、內(nèi)部極易在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生瑕疵,但損傷和損耗總量不超過(guò)設(shè)計(jì)允許值時(shí),不會(huì)對(duì)齒輪產(chǎn)生較大的影響。當(dāng)齒輪的損耗程度達(dá)到某個(gè)值或損耗速率下降過(guò)快后,則會(huì)從磨損演變?yōu)閾p壞。如在齒輪齒面拉傷、剝落的情況下,齒輪之間會(huì)互相撞擊,產(chǎn)生明顯的沖擊,加大磨損程度,引發(fā)齒輪風(fēng)險(xiǎn)事故。每一個(gè)齒輪的使用壽命都面臨很大的考驗(yàn),任何環(huán)節(jié)的瑕疵都會(huì)被不斷放大。
造成減速器損壞和事故的原因有很多,包括操作人員的不規(guī)范行為、軸承和齒輪的潤(rùn)滑質(zhì)量較差、減速器長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)等。在設(shè)備日常運(yùn)行過(guò)程中需要提前檢查各項(xiàng)參數(shù),預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)變成隱患,阻止隱患惡化為事故。
某些企業(yè)全套引進(jìn)日本設(shè)備至今已投產(chǎn)接近20 年,后逐步國(guó)產(chǎn)化,有個(gè)別進(jìn)口設(shè)備至今仍在服役。日本原裝設(shè)備因其獨(dú)特構(gòu)造,企業(yè)設(shè)備管理部門(mén)多年來(lái)只對(duì)其做外部檢驗(yàn),未針對(duì)其特殊構(gòu)造安排無(wú)損探傷檢測(cè)其內(nèi)部齒輪情況。因原制造商已無(wú)法取得聯(lián)系,更無(wú)法獲得相關(guān)維護(hù)保養(yǎng)的技術(shù)指導(dǎo),故企業(yè)只能繼續(xù)保持設(shè)備投產(chǎn),當(dāng)設(shè)備損壞后重新選擇國(guó)內(nèi)供應(yīng)商做置換處理。對(duì)運(yùn)行年限長(zhǎng)的關(guān)鍵機(jī)器設(shè)備安排定期狀態(tài)檢查,包括針對(duì)裂紋的無(wú)損檢測(cè)(NDT),全面掌握其狀態(tài),并根據(jù)其缺陷情況采取針對(duì)性措施或者及時(shí)處理,避免設(shè)備意外損壞影響生產(chǎn)。
潤(rùn)滑管理是設(shè)備管理的重要環(huán)節(jié),需要在管理和技術(shù)上采取一系列有效措施。
(1)潤(rùn)滑油檢測(cè)。潤(rùn)滑管理體系中,潤(rùn)滑油檢測(cè)意義尤為重大,在針對(duì)一些無(wú)法直接開(kāi)蓋檢查其潤(rùn)滑部位的設(shè)備,通過(guò)對(duì)油液檢測(cè)的理化指標(biāo)、污染度、光譜、鐵譜等信息的綜合分析,并參考設(shè)備的運(yùn)行工況、設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)維修保養(yǎng)記錄,可以有效實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的磨損故障診斷,找出設(shè)備故障發(fā)生的部位,確定故障的類型,解釋故障發(fā)生的原因,預(yù)測(cè)故障發(fā)生的時(shí)間,及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常磨損故障隱患,指導(dǎo)設(shè)備的狀態(tài)維修,避免重大惡性設(shè)備事故發(fā)生,降低設(shè)備維修費(fèi)用。
(2)加大潤(rùn)滑油加注培訓(xùn)。建議企業(yè)在設(shè)備投入前,要求設(shè)備供應(yīng)商對(duì)設(shè)備管理人員、設(shè)備使用人員、設(shè)備維修人員進(jìn)行培訓(xùn),充分掌握各種潤(rùn)滑油使用方法和補(bǔ)充更換周期,防止誤用潤(rùn)滑油。
(3)建立潤(rùn)滑油檢驗(yàn)制度。企業(yè)內(nèi)部應(yīng)建立潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)制度,制定新油品檢驗(yàn)制度和在用油品檢驗(yàn)制度。新油品檢驗(yàn)制度即在企業(yè)采購(gòu)新油品時(shí),必須要求油品供應(yīng)商提供每批次油品的合格證及檢測(cè)報(bào)告,在有條件的情況下取油品小樣按要求進(jìn)行檢測(cè),復(fù)核所購(gòu)油品的各項(xiàng)參數(shù)。在用油品檢驗(yàn)制度應(yīng)根據(jù)設(shè)備實(shí)際使用情況制定取樣送檢規(guī)范,確定周期與對(duì)應(yīng)流程,并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果及時(shí)按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理。
(4)規(guī)范潤(rùn)滑油檢測(cè)周期。對(duì)于可能涉及減速機(jī)的主要設(shè)備潤(rùn)滑油,規(guī)劃大致檢驗(yàn)周期,如各類生料立磨、煤磨等關(guān)鍵設(shè)備的減速機(jī)、液壓站中的齒輪油和液壓油推薦檢測(cè)周期為6 個(gè)月左右,若使用新油品可適當(dāng)放寬但不宜超過(guò)1 年。
(5)制定潤(rùn)滑異常處理措施。常見(jiàn)的油品異常包括固體雜質(zhì)污染、磨損異常等:固體雜質(zhì)污染大多發(fā)現(xiàn)于粉塵濃度較高的磨機(jī)系統(tǒng)設(shè)備潤(rùn)滑系統(tǒng)中,如輥壓機(jī)減速機(jī)、水泥磨主減速機(jī);磨損異常大多發(fā)現(xiàn)于轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)及磨合處,如立磨、回轉(zhuǎn)窯等。建議根據(jù)潤(rùn)滑油異常情況制定不同的管理措施。
建議企業(yè)創(chuàng)建符合當(dāng)下設(shè)備安全、高效運(yùn)行的保養(yǎng)、維修方式,在故障發(fā)生前預(yù)判發(fā)生的可能性,以及時(shí)、科學(xué)的檢測(cè),指導(dǎo)充分、有效的保養(yǎng),輔以專業(yè)、高效的維修,逐步梳理“以養(yǎng)代修”的理念,打造對(duì)設(shè)備基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的預(yù)測(cè)性運(yùn)維框架,提高設(shè)備使用壽命、節(jié)約維修成本、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、避免重大事故發(fā)生。如設(shè)備的潤(rùn)滑管理中,利用潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)磨損狀態(tài)的工作機(jī)理,通過(guò)對(duì)設(shè)備在用油中磨損金屬的顆粒分析,預(yù)測(cè)設(shè)備主要摩擦故障情況,診斷故障部位、原因和程度,根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行保養(yǎng)或維修。
在預(yù)測(cè)性維??蚣芟拢⒁惶自O(shè)備智能健康管理系統(tǒng),通過(guò)多種技術(shù)手段來(lái)掌握關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài),準(zhǔn)確評(píng)價(jià)設(shè)備狀態(tài)。在機(jī)器設(shè)備狀態(tài)管理智能共享系統(tǒng)或平臺(tái)中,將振動(dòng)數(shù)據(jù)、潤(rùn)滑管理(油液分析)、紅外熱成像等多種形式的機(jī)械設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)、檢測(cè)、診斷,對(duì)設(shè)備故障的根源進(jìn)行有效維修。將各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù),實(shí)時(shí)采集到數(shù)據(jù)處理平臺(tái),通過(guò)專業(yè)數(shù)據(jù)分析,根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息和故障信息,對(duì)設(shè)備進(jìn)行定點(diǎn)、定向的、有針對(duì)性的預(yù)測(cè)性維護(hù)和保養(yǎng),根據(jù)監(jiān)測(cè)手段所獲取的各種狀態(tài)信息,準(zhǔn)確判斷故障原因和設(shè)備隱患。
近年來(lái),水泥行業(yè)面臨著國(guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)下行壓力增大、政府環(huán)境保護(hù)政策更加嚴(yán)厲、企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本上升等諸多挑戰(zhàn)。提高生產(chǎn)精細(xì)化管理水平、降低生產(chǎn)成本迫在眉睫,杜絕設(shè)備帶病運(yùn)轉(zhuǎn),提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率、降低設(shè)備故障率是設(shè)備管理效益的體現(xiàn),是企業(yè)利益的保證。本文在對(duì)某水泥廠實(shí)地查勘了解的基礎(chǔ)上,結(jié)合保險(xiǎn)公司的承保數(shù)據(jù)和理賠經(jīng)驗(yàn),以減速機(jī)為重點(diǎn)分析風(fēng)險(xiǎn)原因,提出了相應(yīng)的防控建議,供生產(chǎn)企業(yè)參考。