短纖HV582第三牽伸機齒輪斷裂原因分析

俞建清

(中國石化儀征化纖有限責任公司短纖中心，江蘇儀征 211900)

在短纖后處理過程中，第三牽伸機這一關(guān)鍵設備擔負著對絲束進行牽伸、干燥和定型的任務。近年來，國內(nèi)制造和國外進口的設備除結(jié)構(gòu)相似外，通常將牽伸與定型設備設計成單臺設備。三牽設備是絲束后處理過程中溫度最高、轉(zhuǎn)速最快的設備，其輥表面線速度通常稱為后處理的牽伸速度。

1 設備的基本結(jié)構(gòu)

三牽設備主要由牽伸輥筒部件(13件)、傳動裝置、移門裝置和潤滑系統(tǒng)組成。設備通過邊軸傳動系統(tǒng)，由傳動軸(球籠)輸入動力，經(jīng)過設備內(nèi)部的輸入軸、中間軸上的齒輪傳動包括陶瓷輥在內(nèi)的13個輥筒部件，傳動過程見圖1。

牽伸輥筒部件主要由輥筒、加熱和傳動部分組成。其整體結(jié)構(gòu)采用懸臂結(jié)構(gòu)，輥筒外型尺寸為φ602×1 000(L)mm，絲束入口端張力4萬牛，出口端張力為1.5萬牛。輥筒通過12個M30×2的雙頭螺栓與傳動軸聯(lián)接起來，傳動軸由齒輪(Mn=10 Z=72)通過輪轂傳遞動力，傳動軸分別由前后兩個軸承(前:23248，后:22240)支撐在設備箱體上，具體結(jié)構(gòu)見圖2。

圖1 三牽伸設備傳動系統(tǒng)圖

2 設備典型故障情況

牽伸設備常見故障主要有:潤滑油泵壓力不足、輥筒內(nèi)有異響、輥筒晃動、輥筒表面溫度低、輥筒軸向竄位、回轉(zhuǎn)接頭泄漏、金屬軟管損壞，傳動齒輪損壞等故障現(xiàn)象。

圖2 牽伸輥筒部件結(jié)構(gòu)圖

考慮到設備故障對生產(chǎn)的影響程度、設備故障損失的程度和檢修的復雜性，筆者主要分析了傳動齒輪損壞的故障現(xiàn)象。

2.1 設備故障簡述

1)2010年9月21日1∶10乙班生頭開車時發(fā)現(xiàn)13K牽伸線250電機無法啟動，檢查后發(fā)現(xiàn)三牽伸盤車無法轉(zhuǎn)動。通過上視窗及側(cè)窗進一步檢查發(fā)現(xiàn)5#輥前軸承卡死。22日0∶00修后試車時發(fā)現(xiàn)4#、5#輥撞擊聲較大，檢查發(fā)現(xiàn)5#輥上3個齒變形，經(jīng)過在線修磨后開車。運行至28日，再次打開三牽伸上蓋檢查，發(fā)現(xiàn)3#、5#輥齒輪有斷齒，立即進行搶修。

2)2011年5月15日早班，巡檢2K第三牽伸機時，發(fā)現(xiàn)2K三牽響聲比平時響，檢查發(fā)現(xiàn)2K三牽2#輥齒輪出現(xiàn)斷裂，進行搶修，斷裂現(xiàn)象見圖3。

圖3 2K三牽2#輥齒輪斷裂圖

3)2011年11月11日1∶50左右，15K三牽伸設備運行時突發(fā)異常振響，檢查發(fā)現(xiàn)陶瓷輥、2#齒輪的齒槽內(nèi)有一條狀金屬異物卡在齒槽內(nèi)，1#輥齒面有壓痕，判定DF3齒輪發(fā)現(xiàn)嚴重斷齒故障。檢修時發(fā)現(xiàn):1)陶瓷輥、過橋齒、1#輥齒輪有異常壓痕;2)2#輥齒輪斷裂和齒槽內(nèi)金屬異物;3)3#輥齒輪齒面有裂紋。見圖 4、5、6、7。

圖4 1#輥齒輪表面的壓痕

圖5 2#輥表面齒槽內(nèi)的金屬異物

2.2 設備故障特點

(1)齒輪斷口絕大部分發(fā)生在操作側(cè);

(2)齒輪發(fā)生斷裂與軸承故障相關(guān)聯(lián);

(3)齒輪發(fā)生斷裂與部件的松動(如:齒輪鎖緊機構(gòu)、后軸承斜套)相關(guān)聯(lián);

(4)齒輪發(fā)生斷裂都發(fā)生在前五輥。

圖6 2#輥斷齒

圖7 3#輥齒輪齒面裂紋

3 故障形成機理

3.1 受力分析

上輥軸受力如圖8所示，下輥軸受力如圖9所示。

圖8 上輥軸受力分析圖

將牽伸上輥軸考慮為一整體，分析其受力情況。設:牽伸輥筒絲束張力為T1，輥筒受力T，輥軸筒自重為G，軸承處支撐力分別為N、N1。

則有:T=2T1

T×745=N1×(218+365)

N1=1.3T=2.6T1

N=T+G+N1=4.6T+G

所以從軸受力情況來看，前軸承承載力是牽伸張力的5倍，約20噸。因此該軸承的質(zhì)量對設備的正常運行起著重要作用。

同理，牽伸輥的下輥軸的受力情況為，N=4.6T－G，仍是受力最大的點，與上輥相差輥軸的自重。

圖9 下輥軸受力分析圖

3.2 故障形成機理

3 .2.1 結(jié)構(gòu)形成

從圖8的受力分析來看，軸由前后兩只軸承作支撐，由于輥筒牽伸張力的影響，理論上軸在兩軸承處存在向上的彎曲形變，而形變最易發(fā)生處為軸頸處，即后軸承的∮190的臺階處，一旦此處變形，則必然造成主被動齒輪中心的偏移，造成齒輪嚙合點的變化，造成沖擊斷齒。

而從圖9的受力分析來看，下輥形變方向與上輥完全相反，造成如下圖10的可能性。

圖10 輥軸的形變造成齒輪在前軸承方向的嚙合點的變化

3.2.2 原因分析

1)軸承的缺陷故障是造成斷齒故障的主要原因。由于軸承運行的磨損，間隙增大造成軸中心線的偏差，引起齒輪的嚙合偏離，導致齒輪疲勞損壞。

2)牽伸輥前軸承由于檢修的復雜性，自設備開車運行以來，雖經(jīng)多次設備大修，但一直是采用擇差更換方式檢修，由于檢查條件受限制，前軸承狀態(tài)無法得到較好的確認。加上設備大修時，軸承清洗不良，油品的污染，更易造成前軸承的損壞。

3)后軸承是采用斜套安裝方式，由于軸頭的磨損、潤滑不良等因素，往往造成斜套松動，引起軸的晃動，導致齒輪損壞。

4)生產(chǎn)超負荷運行，對設備帶來的影響。由于生產(chǎn)非正常運行，往往會出現(xiàn)多帶絲現(xiàn)象，每多帶1根絲，其進口絲束張力增加2 000 N，前軸承受力增加9 200 N，齒面嚙合力增加7 700 N。

5)設備安裝時由于工器具的不良，對設備存在的影響。在后軸承斜套安裝時，經(jīng)常使用敲擊鎖緊螺母的辦法，對止退墊片造成損傷，運行過程中出現(xiàn)止退墊片碎裂，造成后軸承松動現(xiàn)象。

3.3 防范措施

為了確保設備的安全運行，防止此類較大設備故障的發(fā)生，要從以下幾個方面落實措施。

1)在以后的設備大修過程中，要利用原龍門吊架和蒸汽清洗等專用工具，對牽伸輥前軸承進行有效的清洗，并進行認真檢查，對軸承存在游隙超差、滾動體磨損等異常情況一律進行更換，確保前軸承的完好。

2)對后軸頭磨損進行修復，并確保修復質(zhì)量，對斜套安裝要制作專用工具，進行拉撥和安裝，避免對軸承和鎖緊零部件的損壞。

3)加強對設備潤滑的管理，確實做到潤滑到位、油品清潔、油溫受控，有利于軸承的良好運行。

4)加強生產(chǎn)過程控制，嚴禁出現(xiàn)擅自帶絲現(xiàn)象，避免設備超負荷運行。

4 結(jié)論

避免HV582第三牽伸機的設備故障，要重點抓住設備的潤滑、緊固環(huán)節(jié)，做好設備的巡檢和狀態(tài)監(jiān)測工作。要確保潤滑系統(tǒng)的清潔、油溫受控，才能保證軸承、齒輪零件的高效潤滑，避免因潤滑不良引起的軸承和齒輪的點蝕、老化、轉(zhuǎn)動部件的松動而造成的設備故障。