2500t/h卸船機(jī)減速機(jī)行星架開(kāi)裂分析及對(duì)策

龍劍群，唐 琛，李 榮

(1.寶鋼湛江鋼鐵有限公司，廣東 湛江 524072；2.寶山鋼鐵股份有限公司，上海 201900)

0 引言

某公司輔料碼頭卸船機(jī)行星減速機(jī)國(guó)產(chǎn)化后，經(jīng)過(guò)兩年的使用，抓斗開(kāi)閉機(jī)構(gòu)行星減速機(jī)出現(xiàn)異音，嚴(yán)重影響設(shè)備的運(yùn)行和生產(chǎn)節(jié)奏。因此，盡快查明行星減速機(jī)異音來(lái)源、分析故障原因、消除異音對(duì)應(yīng)的設(shè)備隱患，對(duì)于提高設(shè)備的使用壽命和維護(hù)水平尤為重要[1]。

1 故障現(xiàn)象

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，卸船機(jī)抓斗開(kāi)閉機(jī)構(gòu)減速機(jī)(型號(hào)TJ9293Z，傳動(dòng)比31.21/20.07，功率450/200 kW)內(nèi)部存在異音，抓斗開(kāi)閉機(jī)構(gòu)牽引鋼絲繩動(dòng)作異常，主要表現(xiàn)為鋼絲繩不同步、抓斗動(dòng)作不平衡、抓斗無(wú)法正常作業(yè)，導(dǎo)致卸船機(jī)停機(jī)，期間影響皮帶運(yùn)輸系統(tǒng)同步停機(jī)。

經(jīng)調(diào)整鋼絲繩同步張緊后異音仍未消除，初步分析行星減速機(jī)內(nèi)行星架可能脫焊，開(kāi)箱檢查減速機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)拆卸減速機(jī)上箱蓋后，將存在異音的行星減速機(jī)送至離線檢修車(chē)間做解體前準(zhǔn)備。行星減速機(jī)行星架與主軸焊接裝配如圖1所示。

1-主軸;2-行星架腹板;3-套管;4-結(jié)構(gòu)塊圖1 行星減速機(jī)行星架與主軸焊接裝配

2 解體檢查

經(jīng)對(duì)行星減速機(jī)解體，除了發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)輪一齒端部剝落、行星架與行星輪間有劇烈刮痕、行星架大齒內(nèi)圈一齒嚴(yán)重變形以外，行星架腹板與主軸焊縫處開(kāi)裂并完全脫落，如圖2所示。

圖2 主軸與行星架脫焊 圖3 焊后MT探傷裂紋

為此，制定了行星架與主軸重新焊接方案，具體步驟為：①行星架與主軸脫焊分離后，用鏜床對(duì)行星架擴(kuò)孔；②主軸堆焊，為避免焊后變形引起形位精度變化，留有加工余量；③將行星架與主軸重新焊接；④焊后采用MT磁粉探傷；⑤上車(chē)床重新加工至圖紙要求的尺寸及形位精度。按照以上重新制定的焊接方案進(jìn)行行星減速機(jī)修復(fù)，在完成第4個(gè)步驟后，經(jīng)焊后MT磁粉探傷檢測(cè)焊接區(qū)域發(fā)現(xiàn)存在多道裂紋，如圖3所示。鑒于太陽(yáng)輪、行星架大齒內(nèi)圈齒輪亦存在缺陷，且修復(fù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，暫停修復(fù)，重新采購(gòu)相同型號(hào)行星減速機(jī)上機(jī)。

3 原因及對(duì)策

3.1 原因分析

(1) 材質(zhì)焊接性能分析。減速機(jī)卷筒側(cè)主軸材質(zhì)為35CrMo，行星架材質(zhì)為Q235B，Q235B焊接性良好，而35CrMo可焊性較差[2，3]，對(duì)焊接工藝要求高，焊接淬硬傾向大，焊接冷、熱裂傾向嚴(yán)重，易形成含碳量高、硬度大的馬氏體組織，導(dǎo)致過(guò)熱區(qū)出現(xiàn)脆化現(xiàn)象，需焊前預(yù)熱焊后調(diào)質(zhì)等處理以消除焊接應(yīng)力[4，5]。主軸與行星架化學(xué)成分及力學(xué)性能對(duì)比分別如表1和表2所示。

由表1和表2可見(jiàn)，主軸與行星架存在較大差異，35CrMo抗拉強(qiáng)度≥985 MPa，Q235B抗拉強(qiáng)度在370 MPa～500 MPa范圍內(nèi)，兩種材料抗拉強(qiáng)度相差485 MPa～615 MPa，焊后在抓斗開(kāi)閉機(jī)構(gòu)反復(fù)動(dòng)作的工況下，主軸與行星架腹板焊接處反復(fù)承受交變應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)力，對(duì)焊縫焊接質(zhì)量和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提出了高的要求[6]。通過(guò)核查行星減速機(jī)原設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)備清單，行星架材質(zhì)本應(yīng)為Q345B，而實(shí)際加工制造卻使用了Q235B，對(duì)于卸船機(jī)如此重要關(guān)鍵核心傳動(dòng)部件減速機(jī)，行星架選用Q235B材質(zhì)后，導(dǎo)致實(shí)際結(jié)構(gòu)安全系數(shù)降低、可靠性下降。

表1 主軸與行星架化學(xué)成分對(duì)比(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

表2 主軸與行星架力學(xué)性能對(duì)比

(2) 焊縫開(kāi)裂失效分析。主軸與行星架的焊接為異種鋼焊接，由于組織成分、接頭熱膨脹系數(shù)及應(yīng)力分布不同，造成焊縫拘束度較高，焊接后焊縫中存在較高的殘余應(yīng)力，使得焊縫在熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋[7，8]。卸船機(jī)抓斗反復(fù)開(kāi)閉作業(yè)，使得減速機(jī)主軸與行星架焊縫部位在正反轉(zhuǎn)、急停工況下受到交變應(yīng)力及間歇性沖擊力作用，致使裂紋在以上力的作用下不斷擴(kuò)展，最終導(dǎo)致開(kāi)裂失效。

3.2 建議對(duì)策

(1) 對(duì)于卸船機(jī)關(guān)鍵零部件，如行星減速機(jī)，應(yīng)作為事故件進(jìn)行提前采購(gòu)、儲(chǔ)備。

(2) 一旦發(fā)生行星減速機(jī)異音，應(yīng)視異音情況處置，若異音情況對(duì)卸船機(jī)生產(chǎn)作業(yè)不構(gòu)成直接影響，應(yīng)當(dāng)降速運(yùn)行，并加強(qiáng)日常點(diǎn)檢，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理；若異音情況嚴(yán)重，應(yīng)當(dāng)立即停機(jī)檢查，找到故障部位進(jìn)行修復(fù)，若無(wú)法修復(fù)，應(yīng)采取直接更換備件，避免修復(fù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)且難以保證修復(fù)質(zhì)量。

(3) 建議定期對(duì)卸船機(jī)行星減速機(jī)進(jìn)行潤(rùn)滑油液理化性能檢測(cè)，對(duì)油液中金屬成分含量變化做傾向分析，及時(shí)把握減速機(jī)內(nèi)磨損情況。

(4) 在行星架與主軸材質(zhì)設(shè)計(jì)上，應(yīng)以提升減速機(jī)關(guān)鍵部件使用壽命及安全可靠性作為前提，加強(qiáng)企業(yè)形象和信譽(yù)。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)某公司2500t/h卸船機(jī)減速機(jī)行星架開(kāi)裂原因進(jìn)行分析，從設(shè)備維護(hù)、設(shè)計(jì)選型等方面提出了相應(yīng)對(duì)策，充分保證了設(shè)計(jì)選型中行星減速機(jī)關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及焊接質(zhì)量，對(duì)于必須采用異種鋼焊接的結(jié)構(gòu)，應(yīng)在設(shè)計(jì)選型上盡可能縮小兩種材質(zhì)在化學(xué)成分及力學(xué)性能上的差異或提高可焊性，同時(shí)還應(yīng)合理選擇焊接材料，確保異種鋼焊接質(zhì)量。