D140S 型減速機(jī)的失效與修復(fù)

浙江諸暨八方水泥公司2#水泥磨為Φ3 m×11 m中心傳動(dòng)閉路磨, 驅(qū)動(dòng)裝置采用 D140S- 5 型減速機(jī)。自1997 年該磨機(jī)投用后, 減速機(jī)曾發(fā)生過兩次不同程度的運(yùn)行失效, 由于修復(fù)措施得當(dāng), 保證了設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn), 現(xiàn)將情況簡單介紹, 供同類企業(yè)參考。

1、D型減速機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

D型減速機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖1。

由圖1可知, D型減速機(jī)由兩級(jí)齒輪減速, 采用功率雙分流傳動(dòng)的中心傳動(dòng)機(jī)構(gòu), 輸入、輸出軸位于同一中心線。其內(nèi)部六個(gè)齒輪, 分配在四根軸上。驅(qū)動(dòng)功率自減速機(jī)中心輸入軸輸入, 由一級(jí)小齒輪傳送給兩側(cè)的一級(jí)大齒輪, 進(jìn)行第一級(jí)減速。再由兩側(cè)齒輪軸上的二級(jí)小齒輪, 將功率均衡地傳送給中心的平衡大齒輪。經(jīng)兩級(jí)減速后, 由中心輸出軸輸出。減速機(jī)運(yùn)行時(shí), 每一級(jí)都有兩對(duì)齒輪同時(shí)嚙合, 以分擔(dān)承載功率。

減速機(jī)輸出軸的主傳動(dòng)平衡大齒輪, 依靠與兩側(cè)小人字形齒輪的嚙合作為第一支承點(diǎn), 而另一支承點(diǎn)是輸出軸上的彈性吊瓦。平衡輪兩側(cè)的每個(gè)小人字齒輪中間各套一定中環(huán)。定中環(huán)鍥于平衡輪的中間軌道內(nèi), 在定中環(huán)與平衡輪的運(yùn)行軌道之間留有 0.4～0.6 mm 的平衡間隙。減速機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí), 兩側(cè)定中環(huán)在平衡輪中間的軌道內(nèi)被帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng), 用于調(diào)整平衡間隙, 以保證平衡齒輪與小人字齒輪軸之間的中心距。為控制雙分流傳動(dòng)的負(fù)載均勻, 允許第二段大齒輪輸出軸有小于 0.5 mm 的徑向跳動(dòng)。因此, 輸出軸軸瓦、第二段大齒輪和輸出軸聯(lián)軸器都設(shè)置為彈性結(jié)構(gòu)。

該減速機(jī)設(shè)有飛濺和強(qiáng)制潤滑的雙潤滑系統(tǒng)。飛濺系統(tǒng)是靠第一級(jí)大齒輪把機(jī)體下半部油池里儲(chǔ)存的潤滑油甩到機(jī)蓋頂部的兩只油槽內(nèi), 并通過油管輸送到各軸承和齒輪的潤滑點(diǎn)；強(qiáng)制潤滑系統(tǒng)則是將油從油池里抽出, 經(jīng)過補(bǔ)充冷卻、過濾后, 送到機(jī)蓋頂部一側(cè) ( 左) 油槽, 再通過油管流向另一側(cè)( 右) 油槽內(nèi), 使各齒輪和軸承得到更充足的潤滑和冷卻。

2、第一次失效與處理

2.1 減速機(jī)損壞狀態(tài)

1998年5月, 檢查設(shè)備潤滑狀況時(shí)發(fā)現(xiàn)減速機(jī)齒面產(chǎn)生點(diǎn)蝕, 但損傷輕微, 并不影響使用。當(dāng)時(shí)分析認(rèn)為, 可能是由于潤滑油品質(zhì)問題造成的, 后對(duì)油質(zhì)進(jìn)行了委托檢驗(yàn), 調(diào)整了潤滑油, 磨機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

設(shè)備運(yùn)行至同年 12 月, 減速機(jī)出現(xiàn)明顯振動(dòng)。經(jīng)檢測, 輸入軸徑向跳動(dòng)量為 0.85 mm, 輸出軸徑向跳動(dòng)達(dá) 1.85 mm。揭蓋檢查, 兩側(cè)小人字齒輪的四只軸承, 都發(fā)現(xiàn)有不同程度的裂紋。齒面點(diǎn)蝕加劇, 定中環(huán)與平衡輪之間的平衡間隙偏差較大。因懷疑減速機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)是軸承損壞造成的, 遂將軸承更換, 繼續(xù)保持運(yùn)轉(zhuǎn)。可是, 運(yùn)行不久, 減速機(jī)振動(dòng)超限。揭蓋檢查, 發(fā)現(xiàn)平衡齒輪與小齒輪表面產(chǎn)生嚴(yán)重膠合, 平衡齒輪齒面已凹凸不平。

2.2 原因分析與處理

事故現(xiàn)場清楚表明, 齒輪膠合是因?yàn)槭в驮斐傻摹z查減速機(jī)潤滑情況, 發(fā)現(xiàn)二級(jí)小齒輪上部的兩只布油槽油位高低相差較大。其中左側(cè)一只油槽潤滑油面已溢出槽面, 而右側(cè)一只卻油量極少, 連通兩油槽的管子過油量很小。

針對(duì)上述現(xiàn)象, 分析認(rèn)為: 連通油管管徑偏小,僅為Φ32 mm, 造成過油量不足。又加上兩只布油槽的油位高低相差較大, 引起潤滑不到位, 無法保證平衡齒輪和二級(jí)小齒輪的潤滑, 造成齒輪失油, 引起齒面膠合。基于這一分析, 采取了以下措施。

    (1)更改潤滑油管。把連通兩油槽的潤滑油管由Φ32mm 更改為Φ65mm, 以增大過油量。

    (2)調(diào)整油槽布油面。兩只布油槽油位懸殊是因油槽變形所致。故將兩油槽整形使之達(dá)到同一水平面,以保證布油均衡。

    (3)為保證生產(chǎn)能夠正常進(jìn)行, 利用齒輪的非工作面作為工作面, 并相應(yīng)改變磨機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu), 將磨機(jī)反向, 繼續(xù)維持運(yùn)行。

3、第二次減速機(jī)失效狀況和原因分析

3.1 失效狀態(tài)

2000 年4月, 減速機(jī)齒輪突然發(fā)出撞擊聲, 并出現(xiàn)周期性嚴(yán)重振動(dòng)。人站在機(jī)旁震感明顯。經(jīng)檢測, 振動(dòng)值為0.1mm, 遠(yuǎn)超過減速機(jī)的規(guī)定振動(dòng)值( ≤0.05mm) 。減速機(jī)輸入軸徑向跳動(dòng)量達(dá)1.850mm,輸出軸徑向跳動(dòng)達(dá) 2.15 mm, 遠(yuǎn)超過≤0.5 mm 的徑向跳動(dòng)量。開蓋檢查發(fā)現(xiàn)反向運(yùn)行后的平衡齒輪和第二級(jí)的兩只小齒輪, 表面磨損不大； 定中環(huán)基本完好, 但平衡輪中間軌道槽磨損嚴(yán)重, 軌道表面整圈出現(xiàn)麻點(diǎn), 麻點(diǎn)周圍材質(zhì)已疏松。而且, 在軌道面上已產(chǎn)生了3 塊 20～30 cm2, 深 3～5 mm 的脫斑； 整個(gè)軌道表面形成5mm 深的疲勞層, 設(shè)備已無法繼續(xù)運(yùn)行。

3.2 原因分析

    (1)材料機(jī)械性能的影響。平衡輪軌道材質(zhì)為球墨鑄鐵(QT400),定中環(huán)材質(zhì)為調(diào)質(zhì)合金鋼(40Cr) 。兩種材料的機(jī)械性能對(duì)比見表 1。

平衡輪軌道和定中環(huán)采用等壽命設(shè)計(jì)。雖然QT400 有良好的耐磨性, 但由表 1 可見, 兩者綜合機(jī)械性能尚有較大差異。在長時(shí)間相互運(yùn)動(dòng)中, 受到摩擦、擠壓、碰撞等多種復(fù)雜交變應(yīng)力的作用, 材料性能的差異會(huì)導(dǎo)致平衡輪的首先損壞。

    (2)材料組織的影響。自第一次減速機(jī)失效, 反向運(yùn)行之后, 平衡輪齒面未見磨損痕跡, 定中環(huán)表面基本完好, 平衡輪槽卻磨損嚴(yán)重。這說明第一次對(duì)潤滑系統(tǒng)的改造, 潤滑油對(duì)齒面起到了保護(hù)作用。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn), 定中環(huán)組織結(jié)構(gòu)致密, 但是平衡輪軌道脫斑處卻結(jié)構(gòu)疏松、存在小氣孔。在平衡輪存有質(zhì)量缺陷的情況下, 長時(shí)間承受多種復(fù)雜的交變應(yīng)力, 會(huì)破壞組織結(jié)構(gòu)形成無規(guī)則脫斑。

    (3) 設(shè)備潤滑系統(tǒng)缺陷。潤滑系統(tǒng)仍然存在結(jié)構(gòu)上的缺陷, 無法充分保證減速機(jī)在啟動(dòng)時(shí)得到充分潤滑。尤其是在氣溫較低時(shí),潤滑油黏度較大、流動(dòng)性差, 在沒有經(jīng)過充分預(yù)熱時(shí), 會(huì)導(dǎo)致接觸表面出現(xiàn)干磨、碾壓等非正常狀況, 加劇失效進(jìn)程。

4、第二次失效的修復(fù)方案和實(shí)施

4.1 修復(fù)方案 

為做到既節(jié)約理修費(fèi)用、盡快修復(fù), 又能保證設(shè)備正常運(yùn)行。決定采取修復(fù)利用平衡輪, 重新配置定中環(huán)的修復(fù)方案, 具體如下。

    (1) 車去平衡輪軌道表面疲勞層, 加工出新的平衡輪軌道面；

    (2) 根據(jù)車削后的平衡輪軌道尺寸, 重新配置定中環(huán)；

    (3) 進(jìn)一步改造減速機(jī)的潤滑系統(tǒng)。

4.2、修復(fù)實(shí)施

4.2.1 車削平衡輪軌道

要保證定中環(huán)與平衡輪有良好的接觸, 就必須重新恢復(fù)平衡輪軌道面。但由于整個(gè)軌道面已形成5mm 深的疲勞層且整個(gè)輪槽的材質(zhì)都非常疏松,已無法再用。后經(jīng)查詢發(fā)現(xiàn),平衡輪齒肩材質(zhì)為40Gr Mo,綜合機(jī)械性能與定中環(huán)相近；并且,在定中環(huán)兩側(cè)和平衡輪齒之間,恰好各留有12mm空隙,故大膽地利用了平衡輪齒的齒肩, 作為和定中環(huán)的接觸面。對(duì)平衡輪軌道進(jìn)行車削加工后,形成非接觸面。為減少對(duì)原平衡輪的損傷, 盡量減少車削量。車削深度控制以車去原平衡輪軌道麻點(diǎn)為度, 見圖 2。

 4.2.2、確定新定中環(huán)尺寸

定中環(huán)尺寸的準(zhǔn)確度和加工精度, 是直接影響傳動(dòng)精度的關(guān)鍵。同時(shí), 定中環(huán)和平衡輪接觸面的配合精度, 直接影響到輸出軸運(yùn)行中的跳動(dòng)量。為實(shí)現(xiàn)較為理想的加工精度和配合精度, 新定中環(huán)尺寸確定方法如下:

    (1)退掉減速機(jī)兩側(cè)小齒輪上舊的定中環(huán)；

    (2)安裝好加工過的平衡輪；

    (3)將平衡輪齒肩接觸面均分8等分點(diǎn), 分別測出接觸面與兩側(cè)小人字齒輪軌道面的8 個(gè)距離尺寸；

    (4) 根據(jù)多次測得的數(shù)據(jù), 計(jì)算得出平衡輪齒肩接觸面與小人字齒輪軌道面的距離尺寸平均值；

    (5) 根據(jù)已知定中環(huán)與軌道面的規(guī)范游隙, 確定定中環(huán)的具體尺寸；

    (6) 制作裝配好新的定中環(huán)后, 兩側(cè)小齒輪安裝就位。

4.2.3、強(qiáng)化潤滑系統(tǒng)

    ( 1)改造潤滑系統(tǒng)。在第一次對(duì)設(shè)備失效原因分析時(shí), 只考慮到強(qiáng)制潤滑系統(tǒng)的缺陷, 是造成設(shè)備失油的主要原因, 忽略了飛濺潤滑的作用。經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)減速機(jī)內(nèi)靜態(tài)油面, 僅與一級(jí)減速大齒輪底部齒頂平齊； 這是因?yàn)閺?qiáng)制潤滑系統(tǒng)的回油管高度低造成的。為使各齒輪和軸承得到更為充足的潤滑, 對(duì)潤滑系統(tǒng)進(jìn)行了改造。將減速機(jī)內(nèi)回油管加高, 使回油管高度高過一級(jí)減速大齒輪底部一個(gè)半齒, 以增加減速機(jī)內(nèi)部貯油量和油面高度, 充分發(fā)揮飛濺潤滑的作用,見圖3。

     (2) 強(qiáng)化潤滑管理。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況, 延長了主減速機(jī)潤滑油站在主電機(jī)開啟前的工作時(shí)間, 確保潤滑油順暢流到減速機(jī)各個(gè)潤滑點(diǎn)。同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的電器連鎖進(jìn)行調(diào)整, 因在冬季潤滑油油溫高于20℃主電機(jī)才能啟動(dòng)。

5、效果

八方公司第二次減速機(jī)失效后, 修復(fù)方案從制定到實(shí)施, 包括外協(xié)加工, 總計(jì)耗時(shí) 10 d, 花費(fèi)約2萬元。設(shè)備修復(fù)后, 經(jīng)現(xiàn)場測定: 兩側(cè)定中環(huán)與平衡輪接觸面的游隙在 0.41～0.48 mm 之間, 符合規(guī)范規(guī)定。減速機(jī)運(yùn)行平穩(wěn), 輸出端徑向跳動(dòng)為 0.35 mm,減速機(jī)振動(dòng)值為 0.035 mm, 均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。從修復(fù)使用至今已有數(shù)年, 減速機(jī)運(yùn)行一直正常。

作者：劉仁德 , 斯毅軍 , 郭洪鐘

出處：《水泥工程》