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1、前言
泰興減速機：2008年以前的5000t/d水泥熟料生產線配用的原料立磨減速機，多為FLENDER減速機，近幾年曾發(fā)生減速機一級弧齒錐齒輪副斷齒事故。筆者參與處理過兩起KMPS675減速機一級齒輪副弧齒錐齒輪斷齒事故?，F(xiàn)將事故原因與預防措施闡述如下。
2、KMPS675減速機結構圖（圖1）
3、立磨減速機齒輪斷齒狀況
3.1 A企業(yè)減速機齒輪斷齒情況
巡檢工在發(fā)現(xiàn)減速機運行聲音異常后及時上報，停機檢查發(fā)現(xiàn)減速機弧齒大錐齒輪斷齒，由于發(fā)現(xiàn)及時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)減速機齒輪斷齒情況
減速機斷齒是在設備計劃檢修時打開減速機觀察孔發(fā)現(xiàn)的，由于發(fā)現(xiàn)不及時，造成減速機弧齒錐齒輪副出現(xiàn)不同程度的損壞。斷齒照片見圖3、4。
圖4 B減速機弧齒大錐齒輪斷齒狀況
3.3 現(xiàn)場情況
對兩起減速機斷齒事故現(xiàn)場檢查，都存在減速機輸入軸的軸向竄動，實測 A 企業(yè)減速機輸入軸的竄動量1.56mm，B 企業(yè)減速機輸入軸的竄動量 2.3mm。B 企業(yè)在減速機發(fā)生齒輪斷齒后，檢查另外2臺KMPS675減速機，發(fā)現(xiàn)減速機輸入軸的軸向竄動量分別是1.86mm和2.0mm，但沒有出現(xiàn)斷齒現(xiàn)象。
3.4 齒輪斷齒特點
破壞斷面不規(guī)則；受力面斷裂高度低于非受力面；斷面材質較致密、沒有雜質；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)減速機由于斷齒后發(fā)現(xiàn)不及時造成小齒輪的破壞。
3.5 斷面硬度檢測情況
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 對嚙合齒輪著色檢查情況
著色后用輔傳轉動檢查，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（圖6a）；弧齒小錐齒輪軸肩有輕微磨損（圖6b）；推力滾子軸承與調心滾子軸承間的固定套端面有輕微磨損痕跡（圖6c）；調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）。經對折卸部件進行檢測：A企業(yè)減速機高速軸部件實際累計磨損量0.26 mm，B企業(yè)減速機高速軸部件實際累計磨損量 0.3mm。軸上部件除調心滾子軸承被扒掉外，其他部件拆卸較為方便。
4、減速機一級齒輪副相關參數
4.1 減速機一級齒輪副齒型參數
據制造商介紹，減速機一級齒輪副轉動安全系數2.5，減速機整機安全系數2.0；生產中允許輸入軸產生軸向竄動量≤0.2mm。
4.2 現(xiàn)場檢測參數
為測出一級齒輪副齒輪嚙合總重合度，測量的相關數據為：小齒輪齒寬 185mm，小錐齒輪齒數 21 個、大錐齒輪齒數 43 個，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）；齒寬中點螺旋角β約為32.7°（齒寬中點有車道痕跡，軸中心線與齒寬中點螺旋的切線的交角）。
4.3 計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（暫依據埃斯姆斯齒型，齒頂高系數0.82、齒頂隙系數0.2計算）
大端模數M=d/Z≈23.6（與實際值會有偏差）
依據當量齒輪查機械設計手冊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?R=2b·sinδ÷d；M為端面模數=d÷Z，式中：
b——齒寬
β——螺旋角
π——常數
δ——分錐角
d——大端分度圓直徑
Z——齒數。
總重合度ΣR≈(Σa 2+Σβ 2)1/2=2.825（可能與實際有誤差，主要為判斷修復后載荷提供依據）。
5、減速機一級齒輪副斷齒分析
5.1 軸向竄動原因查找
從兩起事故拆卸過程看，軸承鎖緊螺母安裝沒有松動，修復后再重新鎖緊螺母時發(fā)現(xiàn)：A企業(yè)減速機高速軸軸承鎖緊螺母比原裝位置多旋轉120°，B企業(yè)減速機高速軸軸承鎖緊螺母比原裝位置多旋轉 180°，螺距為4mm，實際引起的軸向竄動達到1.26mm和2mm，加上軸套等部件的累計磨損，與實際軸向竄動量基本一致。原裝時不可能出現(xiàn)螺母不鎖緊情況，是何部件出現(xiàn)磨損呢?經過對部件進行認真檢查，小齒輪兩個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配合，在開停設備時，由于慣性造成軸套與軸之間的相對運動；二是軸上部件材質硬度不一致；三是對新設備使用的操作技能差，造成開停磨次數增多；四是生產中不知道會發(fā)生軸向竄動，沒有進行檢查；五是生產中操作不當導致突發(fā)振動值超過設定值后跳停，跳停時磨盤上料層厚度差會導致磨盤發(fā)生反向運動。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）依據弧齒錐齒輪材質選用 18CrNiMo6，齒表面加工制造精度高，首先排除了采用焊接進行修齒的方案。對斷齒部位進行著色探傷后，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轉的主要參數，經磨銷探傷后的斷齒修復照片見圖8、9。
（2）制作工裝卡具，對高速軸上的兩個軸向軸承進行預緊力裝配后，測量軸承內套的軸向安裝尺寸。
（3）對軸肩和軸套端面毛刺修理。安裝后，依據著色齒面嚙合情況，通過調節(jié)軸端墊片厚度，最后加工軸端墊片裝配。
（4）依據總重合度2.825值和弧齒錐齒輪嚙合特點，結合立磨設計產量395t/h和4200kW主電機日常運行工作電流，與制造商協(xié)商后，將A企業(yè)原料立磨電機工作電流控制在額定電流的80%以下，產量≤360t/h；對于B企業(yè)，由于連續(xù)斷掉 2 齒，其中一個齒修復后大端只殘留1/4長度，經減速機制造商校核，將原料立磨電機工作電流控制在額定電流的70%以下，產量≤290t/h。
（5）修復后產量由設計值的 50%起步運行，加到60%運行 2h 后停車檢查，小齒輪嚙合面如圖 10、11。A企業(yè)減速機帶病運行兩年多；B企業(yè)減速機帶病運行三個多月時間，為準備齒輪備件進行更換贏得了時間。
（6）減速機重載運行后聲音與振動情況：在設定的立磨臺時情況下，磨機主電機工作電流平均值比設定值小5A左右，運行中有間歇性響聲；對輸入軸三個方向的震動值連續(xù)幾天檢測，沒有出現(xiàn)增加現(xiàn)象。
7、預防立磨減速機齒輪發(fā)生斷齒的措施
7.1 重視設備巡檢和定檢工作
在生產允許的情況下，通過著色檢查弧齒錐齒輪的嚙合情況和軸向竄動量，并進行合理調整，超過設計允許值后及時處理，確保齒輪嚙合滿足弧齒錐齒輪設計要求。
7.2 重視潤滑按設計文件要求，對潤滑油進行定期檢測。
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因動力突然消失會推動減速機反轉，引起弧齒錐齒輪發(fā)生咬合或沖擊現(xiàn)象。因此在正常生產中，盡量避免突發(fā)振動造成的停車故障，為避免停車引起立磨減速機反轉，在立磨減速機停車前應降低產量運行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
盡管立磨設計最大喂料粒度為≤80mm，但降低喂料粒度不僅能提高立磨產量、降低生產電耗，而且有利于穩(wěn)定磨盤上料層厚度，減少立磨運行中的振動值，有利于設備安全運行。
7.5 檢查其他嚙合齒輪及軸承情況抽出第一道傳動軸并排空潤滑油后用窺鏡檢查減速機內軸承和行星齒輪嚙合齒面，確保整機運行安全。
8、結束語
無論國內外制造商配套供貨的立磨減速機，在安裝運行前，通過著色檢測弧齒錐齒輪副嚙合情況都是必需的，設備運行半年以后的停車檢查是十分必要的。減速機內軸承的設計使用壽命是有條件要求的，為確保減速機安全運行，應定期檢查油過濾網上的雜質并配合內窺鏡檢查來了解減速機齒輪和軸承的運行情況。