水泥工业用回转窑设备是一种大型、重载、高温的机械设备，其轮带支撑着全窑筒体，负荷非常大。轮带内表面和窑筒体上的垫板接触并有一定的间隙，在运转时，垫板和轮带内表面存在着一个滑动位移，这两个接触面每旋转一圈，会产生一个位置差（滑移量）。该接触面处在高温、高负荷之下，如果润滑不良，会使垫板产生异常磨损，轮带内表面拉伤，出现沟槽、掉渣掉块。磨损导致轮带和垫板间隙变大，轮带下筒体变形增加，耐火砖容易脱落。轮带和垫板接触不良，受力不均，可能引起轮带和托轮接触不良，托轮受力变化，进而轴瓦发热。各档垫板的不均匀磨损，也会导致窑筒体中心线变化，引起筒体弯曲、振动。不正常的工况，会缩短轮带和垫板的使用寿命，影响回转窑设备的长期正常运转。因此，对轮带下垫板进行良好的润滑，对维护回转窑设备的长期稳定运转非常有意义。
1.1 研发背景
目前，对窑轮带下垫板的润滑，有的是塞入石墨块进行润滑，有的是气动泵人工现场喷射润滑油。由于轮带和垫板之间的接触面很宽，缝隙狭小，该处窑筒体辐射温度高，现场喷射润滑油时，人工操作几米长的喷枪（见图1），很难将润滑油有效地喷射到轮带和垫板的整个狭长接触面上，一般只能喷射到轮带内表面边缘位置，润滑效果差。且人工润滑，加油量无法准确控制，大量润滑油喷洒在垫板外面，浪费严重，污染周边环境，高温多尘的恶劣工况导致人工操作劳动强度大，存在安全隐患。
图1 现场人工喷射润滑
轮带和垫板之间的缝隙很小，而且回转窑的转速较高且不断变化，轮带处高温、多尘的工况环境，导致对垫板自动喷射润滑系统的要求非常高。目前国内市场上，尚无成熟有效的轮带下垫板自动喷射润滑系统。我们结合回转窑轮带下垫板的实际运行工况，针对目前轮带下垫板润滑存在的问题，对垫板的磨损机理、润滑剂的作用进行分析，研发设计了全新的轮带下垫板自动喷射润滑系统。并与专业润滑设备厂家合作开展自动喷射润滑试验，合理地确定喷嘴的喷射位置、喷射方式、控制逻辑、元件选型和配置特点，为轮带与垫板间的润滑提供可靠、充分、定时、定量的自动喷射润滑系统。
1.2 润滑喷嘴的布置位置和喷射方式
轮带和垫板间隙最大的地方是在轮带的顶部，但在顶部，设备的安装、检修维护非常困难。综合考虑喷射润滑系统运行的可靠性，以及安装、检修、维护等因素，将润滑喷嘴设置在轮带的最下部，通过两块垫板之间的间隙处，向轮带的内表面喷射润滑油（见图2）。为了使润滑油能够尽量地喷洒到轮带内表面的整个宽度范围，加大了润滑油的喷射压力，使润滑油喷射到轮带的内表面上时，有一个向前冲并打散的效果；同时利用喷射结束后的尾淋现象，使喷射的润滑油尽可能地在轮带宽度范围内均匀分布。轮带垫板润滑油都具有耐高温的性能，喷射后会黏附在轮带内表面一段时间，当轮带内表面滑移到与垫板接触的位置时，润滑油在接触压力作用下，会均匀分布到轮带和垫板的整个接触面，有效减缓磨损，改善轮带和垫板接触，改善受力情况。
图2 润滑喷嘴的布置及喷射
1.3 喷射控制逻辑
运行时回转窑的转速很快，为了避免润滑油喷射到垫板空隙外面，造成润滑油的浪费和环境污染，喷嘴每次的喷射时间很短，要求控制系统的精度非常高，而且在每次喷射之前，都需要检测回转窑的实际运行速度，自动确定好喷射的起始位置，以及两个垫板空隙的喷射间隔时间。
轮带内表面与垫板接触，轮带侧面与挡块接触，两个部位都有磨损，都需要进行喷射润滑。轮带内表面与垫板接触面很宽，缝隙狭小，润滑油难以喷射进去，要求喷射压力很高；而轮带和挡块的接触面是暴露在外面的，对喷射的润滑油压力无要求。针对两个位置不同的润滑条件和润滑要求，选用不同结构的喷嘴，以及喷射控制方式，分别进行润滑，以满足不同的喷射润滑要求。考虑到运转中轮带与挡块的接触端面可能会变化，在轮带两侧，都设置用来喷射挡块接触面的喷嘴，可在线切换使用。润滑油的喷射用量，可通过喷嘴每次的喷射时间，以及喷射的间隔周期，结合现场实际的润滑效果来进行调整。
在回转窑的每档轮带附近，都设置一套喷射润滑单元，主要由蓄能器、电磁阀、调压过滤器及喷嘴等零件组成。每条窑配置一套电动润滑泵和控制柜，通过管路和各档轮带处的润滑单元连接，每档轮带喷射润滑前，润滑泵先给蓄能器打油打压到额定值，垫板喷射润滑时，通过蓄能器存储的润滑油进行喷射润滑。
喷射润滑系统配置PLC控制柜，采集回转窑运行速度信号，可在线调整一些喷射润滑参数，实现对喷射润滑系统的集中控制，并将控制信号引到中控，实现智能化的控制。
1.4 轮带和垫板的滑移量检测
在各档轮带和筒体上，分别设置了检测开关，精确测量轮带和筒体的转速。测得的窑筒体转速，用于计算垫板喷射润滑的起始时间和喷射间隔时间；测得的各档轮带的转速，通过计算和筒体转速的转速差，就可以得到各档轮带的滑移量数值，并在现场和中控显示。实时测得的滑移量数值，还可以直观地反映出轮带和垫板接触面的润滑效果和磨损情况，为调整润滑油喷射量提供依据。为了保证系统运行的可靠性和各处的测量精度，检测开关、控制电磁阀、喷嘴等元器件，都选用了耐高温的设备，并采取了隔热降温措施。
1.5 自动喷射润滑试验
根据前述的垫板喷射润滑原理，与专业的润滑设备厂家合作，搭建了试验平台（见图3），开展了垫板自动喷射润滑系统的试验工作。
图3 垫板喷射润滑系统试验
通过试验验证发现，只使用润滑泵，不能满足垫板润滑供油量的要求，特别是现场润滑泵与喷嘴的距离较远；进而增加了蓄能器装置，先通过润滑泵给蓄能器打油，再通过蓄能器里面存储的润滑油来完成喷射润滑。试验中对不同尺寸规格的喷嘴，在不同压力下的喷射效果进行了对比，确定了合适的喷嘴尺寸，以及工作额定压力。同时对系统中用到的电气、润滑相关元器件进行了检验，为系统元器件的规格选型提供了依据。
垫板自动喷射润滑系统，在润滑厂家试验平台验证后，制作了一台样机，在水泥厂回转窑设备上应用。轮带下垫板设置自动喷射润滑系统，在地面上设置集中润滑泵站及控制柜（见图4），布置润滑油管路及压缩空气管路。在每档支撑轮带处，集中设置蓄能器、电磁阀等润滑控制组件，在轮带两侧，设置垫板和挡块专用润滑喷嘴，设置高温传感器，测量窑速及各档轮带转速。该套系统在工厂内进行试组装，对设备和控制系统进行测试，工厂内调整完成后，再发往现场进行安装、调试。
图4 垫板自动喷射润滑系统
在安装调试过程中，发现由于窑速高，两块垫板之间的空隙又不大，为了准确将垫板润滑油喷射到两块垫板的空隙位置，就要求PLC控制程序和电磁阀的精度非常高，能够快速地反应、动作。后续的调试改为每隔三四块垫板喷射一次，连续喷射三四圈，以保证每块垫板空隙处都能够喷射进去润滑油。
在调试后的运行过程中，发现业主更换垫板润滑油后，由于新的润滑油里面的颗粒较粗，润滑油沉淀，黏稠分布不均匀，导致电磁阀和喷嘴堵塞。后续在系统中增加了过滤装置，润滑泵工作前先进行搅拌，将润滑油搅拌均匀，同时也提高了对润滑油质量的要求，解决了堵塞的问题。样机在水泥厂回转窑设备上的应用，达到了预期的效果，针对应用过程中暴露的一些问题，后续也采取了针对性的改进优化措施。
该套喷射润滑系统，能够准确地将润滑油喷射到轮带和垫板狭长的接触面，以及挡块和轮带侧面的接触面，可有效减缓磨损，改善轮带和垫板的接触，改善受力情况。可远程操作，实时监测轮带转速和垫板位置，精确控制喷射位置和喷射时间，实现定时、定量的自动喷射润滑，可同时测量、显示各档轮带的滑移量，有效地满足了垫板和挡块的润滑要求。目前，垫板自动喷射润滑系统已经在几个水泥厂回转窑设备上投入了使用。
通过一年多的现场应用表明，轮带下垫板自动喷射润滑系统可有效满足垫板和挡块的润滑要求，减缓垫板和挡块的磨损，使轮带和垫板接触良好，受力均匀，合理控制好轮带和垫板之间的间隙，使回转窑设备长期处于良好的运行状态下，延长设备寿命周期，减少设备的维护成本。
该套润滑系统通过远程操作控制，轮带下垫板由人工润滑改为自动喷射润滑，不但可以避免润滑油喷洒到垫板外面，减少润滑油的浪费，节省成本，保护环境，而且避免了在回转窑设备上，高温多尘的恶劣工况下，人工操作的高强度劳动和安全隐患，实现了定时定量的自动润滑，减少了人工干预，提升了回转窑设备的智能化水平。
