JLP250減速機(jī)行星輪開(kāi)裂原因分析

王占光，劉月梅

（焦作堅(jiān)固水泥有限公司，河南 焦作 454002）

0 引 言

當(dāng)今，立磨已成為水泥企業(yè)主要粉磨設(shè)備，多用于生料和煤粉粉磨，其運(yùn)行的好壞直接影響企業(yè)效益，重要程度不言而喻。但近些年來(lái)，立磨減速機(jī)事故頻發(fā)，特別是行星機(jī)構(gòu)中的行星輪斷齒、開(kāi)裂事故經(jīng)常發(fā)生，直接影響生產(chǎn)和企業(yè)效益?，F(xiàn)就JLP250減速機(jī)行星輪開(kāi)裂的原因進(jìn)行分析，望能對(duì)制造廠家和使用單位起到借鑒作用。

1 JLP250B立磨減速機(jī)的運(yùn)行情況及基本參數(shù)

JLP250減速機(jī)，裝機(jī)容量2 500kW，速比33.01，輸入轉(zhuǎn)速990r/min。該機(jī)2013年10月投運(yùn)，運(yùn)行起初，除因原料易磨性及操作熟練程度影響振動(dòng)較大外，其它時(shí)間一直運(yùn)行良好，振動(dòng)速度一直在3.5mm/s以下，運(yùn)行功率保持在2 000kW以內(nèi)，即使在振動(dòng)跳停的情況下，也未出現(xiàn)過(guò)超載現(xiàn)象。

2017年8月15日，在立磨的一角發(fā)現(xiàn)有激震現(xiàn)象，兩天后又消失，由于當(dāng)時(shí)振動(dòng)參數(shù)均未超限，也沒(méi)有引起重視；8月27日，中控人員發(fā)現(xiàn)減速機(jī)進(jìn)軸處水平振動(dòng)由平時(shí)的2.1mm/s增大到3mm/s，遂將輥壓由7.5MPa降到5.5MPa減產(chǎn)運(yùn)行，沒(méi)有料到7h后，總降跳閘，全廠停電，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)生料磨減速機(jī)已經(jīng)卡死，分析認(rèn)為減速機(jī)故障致使電機(jī)堵轉(zhuǎn)所致。

2 JLP250B減速機(jī)的損壞情況

2.1 損壞情況介紹

將減速機(jī)拉出，從上往下打開(kāi)，發(fā)現(xiàn)四個(gè)行星輪的兩個(gè)已經(jīng)粉碎性開(kāi)裂；一個(gè)裂成兩半，一個(gè)出現(xiàn)裂紋，內(nèi)齒圈斷齒數(shù)個(gè)，太陽(yáng)輪斷齒3 個(gè)；行星輪軸承均已散架損壞，個(gè)別滾動(dòng)體也裂為兩半，見(jiàn)圖1一組照片。

圖1 JLP250減速機(jī)行星輪開(kāi)裂組圖

從照片上可以看出，太陽(yáng)輪、內(nèi)齒圈、軸承損壞的斷口，均為新口，表面粗糙，漏出金屬光澤。行星輪的斷口，部分光滑發(fā)暗，居齒輪內(nèi)側(cè)，但沒(méi)有明顯的貝殼紋；部分粗糙，居齒輪外側(cè)，有金屬光澤。行星輪內(nèi)孔與軸承外套接觸部分有明顯的相對(duì)滑動(dòng)造成的拉傷痕跡，溝深0.2mm左右，顏色發(fā)藍(lán)清晰。

2.2 減速機(jī)損壞原因的表觀分析

從行星輪的斷口形式分析，發(fā)暗說(shuō)明曾經(jīng)遇到過(guò)高溫，且伴隨有潤(rùn)滑油中極壓劑的沉積斷口，發(fā)藍(lán)說(shuō)明在斷裂過(guò)程中有大量的熱量生成，造成金屬變色；光滑且沒(méi)有明顯的貝殼紋，符合脆性材料疲勞斷裂特征；行星輪的新鮮斷口，應(yīng)為裂紋發(fā)展到一定程度，剩余部分超過(guò)強(qiáng)度極限而造成的突然斷裂。

從減速機(jī)的其它部件即內(nèi)齒圈、太陽(yáng)輪的損壞斷口看，全為新口，應(yīng)為突然過(guò)載，造成的突然斷裂，可以理解為行星輪斷裂碎片擠壓所致，從圖片中看到斷齒周邊擠壓的金屬碎片，也就證明了這一點(diǎn)。軸承的散架與變色，說(shuō)明軸承曾經(jīng)發(fā)過(guò)熱，也有運(yùn)轉(zhuǎn)不靈活的經(jīng)歷，軸承內(nèi)外套及個(gè)別滾動(dòng)體開(kāi)裂及表現(xiàn)出的新鮮斷口，分析認(rèn)為是齒輪斷裂后擠壓所致。

3 行星輪的受力分析及應(yīng)力計(jì)算

3.1 減速機(jī)零部件的基本參數(shù)

減速機(jī)型號(hào)JLP250B，裝配功率2 500kW；高速軸轉(zhuǎn)速990r/min；減速機(jī)速比33.033 3

一級(jí)螺旋傘小齒輪齒數(shù)Z1.1＝22

一級(jí)大傘齒輪齒數(shù)Z1.2＝46

二級(jí)小齒輪齒數(shù)Z2.1＝22

二級(jí)大齒輪齒數(shù)Z2.2＝69

三級(jí)太陽(yáng)輪齒數(shù)Z3.1＝27；m＝14，分度圓直徑d5=378mm＝0.378m

行星輪（4件）Z3.2＝41，m＝14，分度圓直徑d6=574mm＝0.574m

內(nèi)齒圈Z3.3＝109，m＝14，分度圓直徑d7＝1 526mm＝1.256m

i1＝46/22＝2.091；

i2＝69/22＝3.136 4；

i3＝109/27+1＝5.037 0；

行星輪太陽(yáng)輪中心距476mm。

3.2 行星輪的受力分析

首先，在太陽(yáng)輪的推動(dòng)下運(yùn)轉(zhuǎn)，受到周向力和徑向力的作用；其二，與內(nèi)齒圈嚙合，內(nèi)齒圈的周向和徑向反力作用其上；其三，行輪軸作用其上的索引力。

（1）行星輪的周向力。

太陽(yáng)輪扭矩

＝9 550×2 500/990×i1×i2=158 158.91（N.m）

F周=0.25×158 158.91/（0.5×0.378）

=209 104.91（N）

=21 239.08（kg）

測(cè)得行星輪齒寬330mm，壁厚50mm。

則行星輪壁上應(yīng)力為：

21 239.08/5/33=128.72（kg/cm2）

（2）行星輪軸牽引力。

行星轉(zhuǎn)架的扭矩：

9 550×2 500/990×33.01=796 074.49（N.m）

=80 819.75（kg.m）

行星輪與太陽(yáng)輪的中心距：

（27+41）×14/2=476（mm）

每個(gè)行星輪軸的牽引力：

80 819.75×0.25/0.476=42 447.35（kg）

行星輪壁的應(yīng)力：

42 447.35/5/33=257.26（kg/cm2）

（3）行星輪內(nèi)壁與軸承溫差60℃時(shí)對(duì)行星輪內(nèi)壁的熱漲應(yīng)力：

行星輪內(nèi)壁與軸承溫差40℃時(shí)對(duì)行星輪內(nèi)壁的熱應(yīng)力：

式中：2.1×1 000 000為鋼的彈性模量，0.000 001 2為鋼的熱脹系數(shù)。

看起來(lái)軸承與行星輪內(nèi)壁溫差較大時(shí)，行星輪內(nèi)壁會(huì)因軸承的熱漲產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。

綜合：軸承與行星輪溫差40℃時(shí)，行星輪內(nèi)壁應(yīng)力等于128.72+385.95+1 008=1 393.95（kg/cm2）。

軸承與行星輪溫差在60℃時(shí)，行星輪內(nèi)壁應(yīng)力等于128.72+385.95+1 512=1 897.95（kg/cm2）。

4 行星輪開(kāi)裂的原因分析

（1）在撇開(kāi)其它因素的情況下，行星輪壁的正常應(yīng)力很小，不足以造成行星輪壁的開(kāi)裂。

（2）在撇開(kāi)其它因素的情況下，軸承與行星輪壁的溫差較大時(shí)，能夠產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，因?yàn)辇X輪的需用應(yīng)力一般選取1 500kg/cm2，所以當(dāng)齒輪與軸承的溫差＞40℃時(shí)，其產(chǎn)生的熱漲力將會(huì)把齒輪撐裂。

（3）在材料及制造方面或許存在微裂紋，會(huì)在脈沖負(fù)荷的作用下，使裂紋擴(kuò)張。

（4）當(dāng)輪壁溫度較大時(shí)，快速冷卻也會(huì)使輪壁內(nèi)側(cè)因急劇收縮產(chǎn)生表面裂紋。