滌綸浸膠簾子布減速箱的故障分析

郭 怡，邵鳳翔

(河南工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，河南鄭州451191)

滌綸浸膠簾子布具有斷裂強(qiáng)度高、斷裂伸長率低、尺寸穩(wěn)定性好、耐濕熱和耐磨性好等優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于要求尺寸穩(wěn)定好的子午線輪胎、飛機(jī)胎、乘用胎和輕卡輪胎［1］。

浸膠是滌綸簾子布生產(chǎn)中重要的后加工過程。滌綸簾子布通常用雙浴浸膠，即先經(jīng)第一階段含有環(huán)氧樹脂的封閉異氰酸酯的膠乳對(duì)滌綸簾子布進(jìn)行預(yù)處理，第二階段再用丁吡膠等混合乳液浸膠，以達(dá)到良好的浸膠目的。

滌綸浸膠簾子布產(chǎn)品品種、規(guī)格是按照客戶的需求不斷變化的。設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)參數(shù)的確定是依據(jù)產(chǎn)品品種、規(guī)格而定的［2－3］，設(shè)備的承載能力滿足當(dāng)時(shí)生產(chǎn)的需要。隨著市場(chǎng)對(duì)大規(guī)格品種的需求增加，設(shè)備的承載能力呈現(xiàn)不足，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生故障。通過對(duì)齒輪模數(shù)校核計(jì)算及參數(shù)選擇，確定新的齒輪參數(shù);通過潤滑油牌號(hào)和潤滑方式的重新確定及加強(qiáng)管理，設(shè)備處于良好狀態(tài)。

1 減速箱故障的產(chǎn)生及原因分析

1.1 滌綸簾子布張力架裝置

滌綸簾子布張力架裝置是浸膠熱處理過程的重要設(shè)備，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)共有5組張力架裝置，是利用簾子布和羅拉的摩擦力來保持張力。每組張力架裝置都是由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、聯(lián)軸器、抱閘、減速器、輸入輸出軸、軸承及轉(zhuǎn)動(dòng)羅拉組成，有立式和臥式兩種布置型式。第一、第二、第三、第四張力架是臥式布置型式，第五張力架是立式布置型式。其中，每組張力架裝置的軸承對(duì)數(shù)和羅拉個(gè)數(shù)不同。第二張力架裝置有8對(duì)軸承和8個(gè)羅拉，呈臥式布置(見圖1)。

圖1 第二張力架裝置示意Fig.1 Schematic of the second tension rack device

第二張力架裝置是處在拉伸區(qū)，張力設(shè)定值在同規(guī)格同品種的產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)張力值最大。

第二張力架裝置的減速器是二級(jí)齒輪減速器，同軸式布置。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩通過二級(jí)齒輪減速器由高速低轉(zhuǎn)矩變?yōu)榈退俅筠D(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)從動(dòng)件工作，同時(shí)滿足轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要求。

1.2 第二張力架裝置故障現(xiàn)象

張力架羅拉轉(zhuǎn)動(dòng)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)工作，張力的大小由簾子布與羅拉的摩擦產(chǎn)生，簾子布在張力架8個(gè)羅拉上以“S”形纏繞(圖1點(diǎn)劃線所示)。第二張力架裝置的張力架為臥式，由8根羅拉、8個(gè)相同的齒輪和16個(gè)軸承及循環(huán)水冷卻裝置、集中供油供脂潤滑裝置、喂入羅拉組成。由于整個(gè)張力架裝置傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，張力架裝置不可避免產(chǎn)生振動(dòng)、沖擊、噪音及伴隨溫升現(xiàn)象，且由于產(chǎn)品的品種、規(guī)格不同，張力的大小也不同，出現(xiàn)的上述現(xiàn)象也不同。經(jīng)驗(yàn)表明，若設(shè)備的承載能力不足，會(huì)導(dǎo)致第二張力架裝置的減速箱出現(xiàn)故障，如兩級(jí)傳動(dòng)的齒輪輪齒全部嚴(yán)重磨損、小齒輪輪齒齒根磨損、部分輪齒折斷等。

1.3 減速器故障原因

第二張力架裝置減速箱體積較小，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，噪音不大，見圖2。

圖2 第二張力架裝置驅(qū)動(dòng)部件Fig.2 Drive unit of the second tension rack device

滌綸浸膠簾子布產(chǎn)品的品種規(guī)格一般是1100 dtex、1 400 dtex和1 670 dtex，第二張力架裝置設(shè)定的張力最大值為5 000 kg。但隨著市場(chǎng)的變化，客戶對(duì)大規(guī)格品種1 870 dtex、2 100 dtex的需求增加，第二張力架裝置設(shè)定的張力最大達(dá)6 700 kg，致使第二張力架裝置受力變大，工作狀況惡化，導(dǎo)致第二張力架裝置減速器發(fā)生齒輪折斷及點(diǎn)蝕。

通過查閱設(shè)計(jì)資料，減速器為兩級(jí)斜齒齒輪傳動(dòng)。通過對(duì)高速級(jí)齒輪的主動(dòng)輪進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度校核，高速級(jí)齒輪的主動(dòng)輪設(shè)計(jì)時(shí)選擇的齒輪模數(shù)為5 mm，小于進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算的齒輪模數(shù)(約6 mm)。第二張力架裝置減速器齒輪磨損及折斷正是由于選擇設(shè)計(jì)的齒輪模數(shù)較小導(dǎo)致的。

2 解決措施

2.1 齒輪模數(shù)的重新選擇及齒輪參數(shù)

考慮到浸膠簾子布產(chǎn)品的品種規(guī)格不斷變化及第二張力架裝置齒輪工作狀況，高速級(jí)齒輪的主動(dòng)輪模數(shù)選擇GB/T1357—2008標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列的第Ⅱ系列中的 7 mm［4］。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，電機(jī)選取不變，齒輪材料選取及熱處理方法不變，齒輪齒數(shù)、壓力角不變。因?yàn)辇X輪的主要幾何參數(shù)都與模數(shù)成正比，模數(shù)越大，齒距也大，輪齒也越大，輪齒抗彎能力增強(qiáng)。齒輪采用模數(shù)為7 mm進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算及進(jìn)行接觸疲勞強(qiáng)度校核，齒輪既滿足彎曲疲勞強(qiáng)度又滿足接觸強(qiáng)度，齒輪是安全的。

2.2 齒輪潤滑油牌號(hào)及潤滑方式

依據(jù)齒輪參數(shù)及電機(jī)選擇，當(dāng)齒輪模數(shù)為5 mm，計(jì)算原高速級(jí)齒輪的主動(dòng)輪的齒面接觸應(yīng)力為950 MPa，小齒輪分度圓速度為8.96 m/s，根據(jù)表1選擇中負(fù)荷工業(yè)齒輪油(L-CKC)，如黏度為150 mm2/s的潤滑油，采用油池潤滑。

表1 齒輪傳動(dòng)潤滑油牌號(hào)Tab.1 Lubricant grades for gears

當(dāng)齒輪模數(shù)為7 mm，計(jì)算高速級(jí)齒輪的主動(dòng)輪的齒面接觸應(yīng)力為710 MPa，小齒輪分度圓速度為12.54 m/s，減速箱則不宜采用油池潤滑。這是因?yàn)閳A周速度高，齒輪上的油大多數(shù)被甩出去而達(dá)不到嚙合區(qū);攪油過于激烈，油溫增加，降低了潤滑性能;攪起箱底沉淀的雜質(zhì)，加速齒輪的磨損。故生產(chǎn)中第二張力架減速箱采用噴油潤滑，用油泵將潤滑油直接噴到嚙合區(qū)［5］。根據(jù)表1并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，選擇L-CKC，如黏度為220 mm2/s的潤滑油，采用噴油潤滑。

通過對(duì)齒輪模數(shù)的重新選擇及第二張力架減速箱的設(shè)計(jì)計(jì)算，采用新的潤滑油牌號(hào)和潤滑方式，并通過加強(qiáng)設(shè)備檢查檢修力度，做好預(yù)防措施，減速箱潤滑油生化指標(biāo)檢驗(yàn)由每月一次增加為每月兩次;潤滑油的更換周期由半年一次變?yōu)?個(gè)月更換一次，有效地降低了設(shè)備故障率，減速箱的技術(shù)性能及運(yùn)行狀態(tài)良好。

3 結(jié)論

a.減速箱在設(shè)計(jì)時(shí)的承載能力只能滿足當(dāng)時(shí)的需要，當(dāng)載荷增加時(shí)，應(yīng)考慮其承載能力，避免故障的發(fā)生。

b.減速箱采取何種潤滑方式由線速度確定，選擇合適的潤滑方式，可提高其使用壽命。

c.減速箱主要故障是兩級(jí)傳動(dòng)的齒輪輪齒嚴(yán)重磨損及折斷，這是設(shè)計(jì)時(shí)選擇的齒輪模數(shù)過小而導(dǎo)致的。

d.通過重新選擇齒輪模數(shù)為7 mm，并確定齒輪參數(shù)，改用黏度為220 mm2/s的潤滑油，采用噴油潤滑，減速箱的技術(shù)性能及運(yùn)行狀態(tài)良好。

［1］ 董紀(jì)震，孫桐，古大治，等.合成纖維生產(chǎn)工藝學(xué)［M］.2版.北京:紡織工業(yè)出版社，2007:94－273.

［2］ 胡強(qiáng)升.高分子化學(xué)及工藝學(xué)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1994:102 －114.

［3］ 高雨生，張瑞志，李穗探，等.化纖設(shè)備［M］.北京:紡織工業(yè)出版社，2005:125－175.

［4］ 楊可楨，程光蘊(yùn)，李仲生著.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］.北京:高等教育出版社，2006:164－187.

［5］ 李永清，鄭淑貞.化工新型材料［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003，12－37.