立磨減速機(jī)斷齒原因分析及處理

□□任永剛，張浩云，胡學(xué)成，劉紅軍，李建軍

立磨減速機(jī)斷齒原因分析及處理

Cause Analysis and Measures for Gear Teeth Fracture of the Roller Mill Reducer

□□任永剛，張浩云，胡學(xué)成，劉紅軍，李建軍

1 前言

2008年以前的5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線配用的原料立磨減速機(jī)，多為FLENDER減速機(jī)，近幾年曾發(fā)生減速機(jī)一級弧齒錐齒輪副斷齒事故。筆者參與處理過兩起KMPS675減速機(jī)一級齒輪副弧齒錐齒輪斷齒事故?，F(xiàn)將事故原因與預(yù)防措施闡述如下。

2 KMPS675減速機(jī)結(jié)構(gòu)圖（圖1）

圖1 KMPS675減速機(jī)結(jié)構(gòu)圖

3 立磨減速機(jī)齒輪斷齒狀況

3.1 A企業(yè)減速機(jī)齒輪斷齒情況

巡檢工在發(fā)現(xiàn)減速機(jī)運(yùn)行聲音異常后及時上報，停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)減速機(jī)弧齒大錐齒輪斷齒，由于發(fā)現(xiàn)及時沒有造成弧齒小錐齒輪損壞。斷齒照片見圖2。

圖2 A企業(yè)減速機(jī)弧齒大錐齒輪斷齒狀況照片

3.2 B企業(yè)減速機(jī)齒輪斷齒情況

減速機(jī)斷齒是在設(shè)備計劃檢修時打開減速機(jī)觀察孔發(fā)現(xiàn)的，由于發(fā)現(xiàn)不及時，造成減速機(jī)弧齒錐齒輪副出現(xiàn)不同程度的損壞。斷齒照片見圖3、4。

3.3 現(xiàn)場情況

對兩起減速機(jī)斷齒事故現(xiàn)場檢查，都存在減速機(jī)輸入軸的軸向竄動，實(shí)測A企業(yè)減速機(jī)輸入軸的竄動量1.56mm，B企業(yè)減速機(jī)輸入軸的竄動量2.3mm。B企業(yè)在減速機(jī)發(fā)生齒輪斷齒后，檢查另外2臺KMPS675減速機(jī)，發(fā)現(xiàn)減速機(jī)輸入軸的軸向竄動量分別是1.86mm和2.0mm，但沒有出現(xiàn)斷齒現(xiàn)象。

3.4 齒輪斷齒特點(diǎn)

破壞斷面不規(guī)則；受力面斷裂高度低于非受力面；斷面材質(zhì)較致密、沒有雜質(zhì)；斷齒多發(fā)生在弧齒大錐齒輪上，弧齒小錐齒輪損傷較輕。B企業(yè)減速機(jī)由于斷齒后發(fā)現(xiàn)不及時造成小齒輪的破壞。

圖3 B減速機(jī)弧齒小錐齒輪斷齒

圖4 B減速機(jī)弧齒大錐齒輪斷齒狀況

3.5 斷面硬度檢測情況

齒輪斷面的硬度情況是：齒表面HRC61，距齒表面2.5mm向中部的斷面硬度為HRC58-HRC55。

3.6 對嚙合齒輪著色檢查情況

著色后用輔傳轉(zhuǎn)動檢查，空載情況下小齒輪嚙合長度只有齒長的45%左右（圖5）。

圖5 嚙合齒輪著色檢查

3.7 拆卸高速軸檢查情況（圖6）

減速機(jī)輸入軸和大傘齒輪上的軸承完好，壓緊軸承的螺母沒有松動（圖6a）；弧齒小錐齒輪軸肩有輕微磨損（圖6b）；推力滾子軸承與調(diào)心滾子軸承間的固定套端面有輕微磨損痕跡（圖6c）；調(diào)心滾子軸承和弧齒小錐齒輪軸肩端面發(fā)現(xiàn)磨損痕跡（圖6d）。經(jīng)對折卸部件進(jìn)行檢測：A企業(yè)減速機(jī)高速軸部件實(shí)際累計磨損量0.26 mm，B企業(yè)減速機(jī)高速軸部件實(shí)際累計磨損量0.3mm。軸上部件除調(diào)心滾子軸承被扒掉外，其他部件拆卸較為方便。

4 減速機(jī)一級齒輪副相關(guān)參數(shù)

4.1 減速機(jī)一級齒輪副齒型參數(shù)

據(jù)制造商介紹，減速機(jī)一級齒輪副轉(zhuǎn)動安全系數(shù)2.5，減速機(jī)整機(jī)安全系數(shù)2.0；生產(chǎn)中允許輸入軸產(chǎn)生軸向竄動量≤0.2mm。

4.2 現(xiàn)場檢測參數(shù)

為測出一級齒輪副齒輪嚙合總重合度，測量的相關(guān)數(shù)據(jù)為：小齒輪齒寬185mm，小錐齒輪齒數(shù)21個、大錐齒輪齒數(shù)43個，小錐齒輪大端直徑約da537.7mm；齒高約43.5 mm，小端齒高約39mm；齒頂圓錐角約26°（用90°減去軸端面與錐軸線交角）；齒寬中點(diǎn)螺旋角β約為32.7°（齒寬中點(diǎn)有車道痕跡，軸中心線與齒寬中點(diǎn)螺旋的切線的交角）。

4.3 計算齒輪嚙合的總重合度

大端分度圓直徑 d≈537.7-2×43.5÷1.84×0.82·cos26=502.85mm（暫依據(jù)埃斯姆斯齒型，齒頂高系數(shù)0.82、齒頂隙系數(shù)0.2計算）

大端模數(shù)M=d/Z≈23.6（與實(shí)際值會有偏差）

依據(jù)當(dāng)量齒輪查機(jī)械設(shè)計手冊[1]近似得出端面重合度Σa為2.1

分錐角δ=tan-〔502.85÷(2×23.6·sin26+537.7÷tan26）〕=24.16°

齒線重合度Σβ≈b·tanβ÷〔（1-0.5?R）πM〕=1.887

圖6 拆卸高速軸檢查情況

圖7 小齒輪兩軸肩與軸套和軸承發(fā)生磨損

齒寬系數(shù)?R=2b·sinδ÷d；M為端面模數(shù)=d÷Z，

式中：b——齒寬

β——螺旋角

π——常數(shù)

δ——分錐角

d——大端分度圓直徑

Z——齒數(shù)。

總重合度ΣR≈(Σa2+Σβ2)1/2=2.825（可能與實(shí)際有誤差，主要為判斷修復(fù)后載荷提供依據(jù)）。

5 減速機(jī)一級齒輪副斷齒分析

5.1 軸向竄動原因查找

從兩起事故拆卸過程看，軸承鎖緊螺母安裝沒有松動，修復(fù)后再重新鎖緊螺母時發(fā)現(xiàn)：A企業(yè)減速機(jī)高速軸軸承鎖緊螺母比原裝位置多旋轉(zhuǎn)120°，B企業(yè)減速機(jī)高速軸軸承鎖緊螺母比原裝位置多旋轉(zhuǎn)180°，螺距為4mm，實(shí)際引起的軸向竄動達(dá)到1.26mm和2mm，加上軸套等部件的累計磨損，與實(shí)際軸向竄動量基本一致。原裝時不可能出現(xiàn)螺母不鎖緊情況，是何部件出現(xiàn)磨損呢?經(jīng)過對部件進(jìn)行認(rèn)真檢查，小齒輪兩個軸肩分別與軸套和軸承發(fā)生了磨損（圖7）。

5.2 斷齒原因分析

一是軸套與軸的配合為動配合，在開停設(shè)備時，由于慣性造成軸套與軸之間的相對運(yùn)動；二是軸上部件材質(zhì)硬度不一致；三是對新設(shè)備使用的操作技能差，造成開停磨次數(shù)增多；四是生產(chǎn)中不知道會發(fā)生軸向竄動，沒有進(jìn)行檢查；五是生產(chǎn)中操作不當(dāng)導(dǎo)致突發(fā)振動值超過設(shè)定值后跳停，跳停時磨盤上料層厚度差會導(dǎo)致磨盤發(fā)生反向運(yùn)動。上述原因最終造成了斷齒事故。

6 事故發(fā)生后的解決方案

（1）依據(jù)弧齒錐齒輪材質(zhì)選用18CrNiMo6，齒表面加工制造精度高，首先排除了采用焊接進(jìn)行修齒的方案。對斷齒部位進(jìn)行著色探傷后，將斷齒棱角和有裂紋的部位全部磨掉，余下的殘齒長度是確定帶病運(yùn)轉(zhuǎn)的主要參數(shù)，經(jīng)磨銷探傷后的斷齒修復(fù)照片見圖8、9。

（2）制作工裝卡具，對高速軸上的兩個軸向軸承進(jìn)行預(yù)緊力裝配后，測量軸承內(nèi)套的軸向安裝尺寸。

（3）對軸肩和軸套端面毛刺修理。安裝后，依據(jù)著色齒面嚙合情況，通過調(diào)節(jié)軸端墊片厚度，最后加工軸端墊片裝配。

（4）依據(jù)總重合度2.825值和弧齒錐齒輪嚙合特點(diǎn)，結(jié)合立磨設(shè)計產(chǎn)量395t/h和4200kW主電機(jī)日常運(yùn)行工作電流，與制造商協(xié)商后，將A企業(yè)原料立磨電機(jī)工作電流控制在額定電流的80%以下，產(chǎn)量≤360t/h；對于B企業(yè)，由于連續(xù)斷掉2齒，其中一個齒修復(fù)后大端只殘留1/4長度，經(jīng)減速機(jī)制造商校核，將原料立磨電機(jī)工作電流控制在額定電流的70%以下，產(chǎn)量≤290t/h。

（5）修復(fù)后產(chǎn)量由設(shè)計值的50%起步運(yùn)行，加到60%運(yùn)行2h后停車檢查，小齒輪嚙合面如圖10、11。A企業(yè)減速機(jī)帶病運(yùn)行兩年多；B企業(yè)減速機(jī)帶病運(yùn)行三個多月時間，為準(zhǔn)備齒輪備件進(jìn)行更換贏得了時間。

（6）減速機(jī)重載運(yùn)行后聲音與振動情況：在設(shè)定的立磨臺時情況下，磨機(jī)主電機(jī)工作電流平均值比設(shè)定值小5A左右，運(yùn)行中有間歇性響聲；對輸入軸三個方向的震動值連續(xù)幾天檢測，沒有出現(xiàn)增加現(xiàn)象。

7 預(yù)防立磨減速機(jī)齒輪發(fā)生斷齒的措施

7.1 重視設(shè)備巡檢和定檢工作

在生產(chǎn)允許的情況下，通過著色檢查弧齒錐齒輪的嚙合情況和軸向竄動量，并進(jìn)行合理調(diào)整，超過設(shè)計允許值后及時處理，確保齒輪嚙合滿足弧齒錐齒輪設(shè)計要求。

7.2 重視潤滑

按設(shè)計文件要求，對潤滑油進(jìn)行定期檢測。

7.3 重視安全操作

無論何種立磨，磨輥在正常碾磨厚料層時因動力突然消失會推動減速機(jī)反轉(zhuǎn)，引起弧齒錐齒輪發(fā)生咬合或沖擊現(xiàn)象。因此在正常生產(chǎn)中，盡量避免突發(fā)振動造成的停車故障，為避免停車引起立磨減速機(jī)反轉(zhuǎn)，在立磨減速機(jī)停車前應(yīng)降低產(chǎn)量運(yùn)行3～5min，待磨輥油缸壓力降低至正常值的75%后再停車為好。

7.4 降低入磨物料粒度

盡管立磨設(shè)計最大喂料粒度為≤80mm，但降低喂料粒度不僅能提高立磨產(chǎn)量、降低生產(chǎn)電耗，而且有利于穩(wěn)定磨盤上料層厚度，減少立磨運(yùn)行中的振動值，有利于設(shè)備安全運(yùn)行。

7.5 檢查其他嚙合齒輪及軸承情況

抽出第一道傳動軸并排空潤滑油后用窺鏡檢查減速機(jī)內(nèi)軸承和行星齒輪嚙合齒面，確保整機(jī)運(yùn)行安全。

8 結(jié)束語

無論國內(nèi)外制造商配套供貨的立磨減速機(jī)，在安裝運(yùn)行前，通過著色檢測弧齒錐齒輪副嚙合情況都是必需的，設(shè)備運(yùn)行半年以后的停車檢查是十分必要的。減速機(jī)內(nèi)軸承的設(shè)計使用壽命是有條件要求的，為確保減速機(jī)安全運(yùn)行，應(yīng)定期檢查油過濾網(wǎng)上的雜質(zhì)并配合內(nèi)窺鏡檢查來了解減速機(jī)齒輪和軸承的運(yùn)行情況。

TQ172.632.5

B

1001-6171（2011）01-0048-04

2010-05-27； 編輯：趙 蓮