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一、引言:
泰興減速機2018年12月2日訊 當今,立磨已成為水泥企業(yè)主要粉磨設備,多用于生料和煤粉粉磨,其運行的好壞直接影響企業(yè)效益,其重要程度不言而喻。但近些年來,立磨減速機事故頻發(fā),特別是其行星機構中的行星輪斷齒、開裂事故經常發(fā)生,直接影響生產和企業(yè)效益?,F就JLP250減速機行星輪開裂的原因進行分析,望能對制造廠家和使用單位起到借鑒作用。
二、JLP250B立磨減速機的運行情況及基本參數
JLP250減速機,裝機容量2500kW,速比33.01,輸入轉速990rpm,該機2013年10月投運,運行起初,除因原料易磨性及操作熟練程度影響振動較大外,其它時間一直運行良好,振動速度一直在3.5mm/s以下,運行功率一直在2000KW以內,即使在振動跳停的情況下,也未出現過超載現象。
2017年8月15日,在立磨的一角發(fā)現有激震現象,兩天后又消失,由于當時振動參數均為超限,也沒有引起重視;8月27日,中控人員發(fā)現減速機進軸處水平振動由平時的2.1mm/s增大到3mm/s,遂將輥壓由7.5MPa降到5.5MPa減產運行,沒有料到 7小時后,總降跳閘,全廠停電;經檢查發(fā)現生料磨減速機已經卡死,分析認為減速機故障致使電機堵轉所致。
三、JLP250B減速機的損壞情況
3.1損壞情況介紹:
將減速機拉出,從上往下打開,發(fā)現四個行星輪的兩個已經粉碎性開裂;一個裂成兩半,一個出現裂紋,內齒圈斷齒數個,太陽輪斷齒3個;行星輪軸承均已散架損壞,個別滾動體也裂為兩半。如下照片。
從照片上可以看出,太陽輪、內齒圈、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,居齒輪內側,但沒有明顯的貝殼紋;部分粗糙,居齒輪外側,有金屬光澤。行星輪內孔與軸承外套接觸部分有明顯的相對滑動造成的拉傷痕跡,溝深0.2mm左右,顏色發(fā)藍清晰。
3.2減速機損壞原因的表觀分析:
從行星輪的斷口形式分析,發(fā)暗說明曾經遇到過高溫,且伴隨有潤滑油中極壓劑的沉積;斷口發(fā)藍說明在斷裂過程中有大量的熱量生成,造成金屬變色;光滑且沒有明顯的貝殼紋,符合脆性材料疲勞斷裂特征;行星輪的新鮮斷口,應為裂紋發(fā)展到一定程度,剩余部分超過強度極限而造成的突然斷裂。
從減速機的其它部件即內齒圈、太陽輪的損壞斷口看,全為新口,應為突然過載,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。軸承的散架與變色,說明軸承曾經發(fā)過熱,也說明軸承也有運轉不靈活的經歷,軸承內外套及個別滾動體開裂及表現出的新鮮斷口,分析認為是齒輪斷裂后擠壓所致。
四、行星輪的受力分析及應力計算:
4.1減速機零部件的基本參數:
減速機型號JLP250B,裝配功率2500kW;高速軸轉速990rpm;減速機速比:33.0333
一級螺旋傘小齒輪齒數Z1.1=22
一級大傘齒輪齒數Z1.2=46
二級小齒輪齒數Z2.1=22
二級大齒輪齒數Z2.2=69
三級太陽輪齒數Z3.1=27;m=14 分度圓直徑:d5=378mm=0.378m
行星輪(4件)Z3.2=41?。恚?4 分度圓直徑:d6=574mm=0.574m
內齒圈Z3.3=109 ?。恚?4 分度圓直徑:d7=1526mm=1.256m
i1=46/22=2.091; i2=69/22=3.1364;
i3=109/27+1=5.0370;
行星輪太陽輪中心距:476mm
4.2、行星輪的受力分析:
首先,在太陽輪的推動下運轉,受到周向力和徑向力的作用,其二與內齒圈嚙合,內齒圈的周向和徑向反力作用其上,其三是行輪軸作用其上的索引力。
(1)行星輪的周向力:
太陽輪扭矩=9550×2500/990×i1×i2
=158158.91(N.m)
F周=0.25*158158.91/(0.5*0.378)
=209104.91(N)
=21239.08(Kg)
測的行星輪齒寬330mm,壁厚50mm。
則行星輪壁上應力為:21239.08/5/33=128.72(kg/cm2)
(2)行星輪軸牽引力:
行星轉架的扭矩:9550*2500/990*33.01=796074.49(N.m)=80819.75(Kg.m)
行星輪與太陽輪的中心距:(27+41)*14/2=476(mm)
每個行星輪軸的牽引力:80819.75*0.25/0.476=42447.35(kg)
行星輪壁的應力:42447.35/5/33=257.26(kg/cm2) )
(3)行星輪內壁與軸承溫差60℃時對行星輪內壁的熱漲應力:
2.1*1000000*0.000012*60=1512(kg/cm2)
行星輪內壁與軸承溫差40℃時對行星輪內壁的熱應力:2.1*1000000*0.000012*40=1008(kg/cm2)
式中:2.1*1000000為鋼的彈性模量
0.0000012為鋼的熱脹系數
看起來軸承與行星輪內壁溫差較大時,行星輪內壁會因軸承的熱漲產生很大的拉應力。
綜合:軸承與行星輪溫差40℃時,行星輪內壁應力等于128.72+385.95+1008=1393.95 (kg/cm2)。
軸承與行星輪溫差在60℃時,行星輪內壁應力等于128.72+385.95+1512=1897.95 (kg/cm2)。
五、行星輪開裂的原因分析:
1、在撇開其它因素的情況下,行星輪壁的正常應力很小,不足以造成行星輪壁的開裂。
2、在撇開其它因素的情況下,軸承與行星輪壁的溫差較大時,能夠產生很大的拉應力
因為齒輪的需用應力一般選取1500 kg/cm2,所以當齒輪與軸承的溫差大于40℃時,其產生的熱漲力將會把齒輪撐裂。
3、在材料及制造方面或許會存在微裂紋,會在脈沖負荷的作用下,使裂紋擴張。
4、當輪壁溫度較大時,快速冷卻也會使輪壁內側因急劇收縮產生表面裂紋。
六、結束語:
通過行星輪的斷口觀察及應力分析,認為行星輪壁厚較薄,當軸承不正常發(fā)熱時,行星輪與軸承之間溫差較大,其產生的溫度應力很大,在齒輪的脈沖負荷沖擊下,金屬極易發(fā)生應力松弛、疲勞,致使行星輪開裂。建議設計、制造單位加厚行星輪壁厚,為防止不正常時的溫差應力的破壞創(chuàng)造條件。