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1、前言
泰興減速機(jī):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(jí)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(jí)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)
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(shí)上報(bào),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(shí)沒有造成弧齒小錐齒輪損壞。斷齒照片見圖2。
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(jì)劃檢修時(shí)打開減速機(jī)觀察孔發(fā)現(xiàn)的,由于發(fā)現(xiàn)不及時(shí),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(chǎng)情況
對(duì)兩起減速機(jī)斷齒事故現(xiàn)場(chǎng)檢查,都存在減速機(jī)輸入軸的軸向竄動(dòng),實(shí)測(cè) A 企業(yè)減速機(jī)輸入軸的竄動(dòng)量1.56mm,B 企業(yè)減速機(jī)輸入軸的竄動(dòng)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(tái)KMPS675減速機(jī),發(fā)現(xiàn)減速機(jī)輸入軸的軸向竄動(dòng)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(shí)造成小齒輪的破壞。
3.5 斷面硬度檢測(cè)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(duì)嚙合齒輪著色檢查情況
著色后用輔傳轉(zhuǎn)動(dòng)檢查,空載情況下小齒輪嚙合長度只有齒長的45%左右(圖5)。
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(dòng)(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(duì)折卸部件進(jìn)行檢測(cè):A企業(yè)減速機(jī)高速軸部件實(shí)際累計(jì)磨損量0.26 mm,B企業(yè)減速機(jī)高速軸部件實(shí)際累計(jì)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(jí)齒輪副相關(guān)參數(shù)
4.1 減速機(jī)一級(jí)齒輪副齒型參數(shù)
據(jù)制造商介紹,減速機(jī)一級(jí)齒輪副轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)量≤0.2mm。
4.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)參數(shù)
為測(cè)出一級(jí)齒輪副齒輪嚙合總重合度,測(cè)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(gè)、大錐齒輪齒數(shù) 43 個(gè),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(jì)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(jì)算)
大端模數(shù)M=d/Z≈23.6(與實(shí)際值會(huì)有偏差)
依據(jù)當(dāng)量齒輪查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)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
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≈(Σa 2+Σβ 2)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(jí)齒輪副斷齒分析
5.1 軸向竄動(dòng)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(dòng),修復(fù)后再重新鎖緊螺母時(shí)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(dòng)達(dá)到1.26mm和2mm,加上軸套等部件的累計(jì)磨損,與實(shí)際軸向竄動(dòng)量基本一致。原裝時(shí)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(duì)部件進(jìn)行認(rèn)真檢查,小齒輪兩個(gè)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(dòng)配合,在開停設(shè)備時(shí),由于慣性造成軸套與軸之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng);二是軸上部件材質(zhì)硬度不一致;三是對(duì)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(huì)發(fā)生軸向竄動(dòng),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(dòng)值超過設(shè)定值后跳停,跳停時(shí)磨盤上料層厚度差會(huì)導(dǎo)致磨盤發(fā)生反向運(yùn)動(dòng)。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(duì)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(duì)高速軸上的兩個(gè)軸向軸承進(jìn)行預(yù)緊力裝配后,測(cè)量軸承內(nèi)套的軸向安裝尺寸。
(3)對(duì)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(jì)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(duì)于B企業(yè),由于連續(xù)斷掉 2 齒,其中一個(gè)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(jì)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(gè)多月時(shí)間,為準(zhǔn)備齒輪備件進(jìn)行更換贏得了時(shí)間。
(6)減速機(jī)重載運(yùn)行后聲音與振動(dòng)情況:在設(shè)定的立磨臺(tái)時(shí)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(duì)輸入軸三個(gè)方向的震動(dòng)值連續(xù)幾天檢測(cè),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(dòng)量,并進(jìn)行合理調(diào)整,超過設(shè)計(jì)允許值后及時(shí)處理,確保齒輪嚙合滿足弧齒錐齒輪設(shè)計(jì)要求。
7.2 重視潤滑按設(shè)計(jì)文件要求,對(duì)潤滑油進(jìn)行定期檢測(cè)。
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(shí)因動(dòng)力突然消失會(huì)推動(dòng)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(dòng)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(jì)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(dòng)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(dòng)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(cè)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(jì)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。
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