減速機(jī)改善性維修與保障措施分析
2024-10-09
冉學(xué)平1，馬海軍2，馮雪科1，劉勇1，賴豆易1，楊建平2，陳妍伶2
(1.成都名辰傳動(dòng)設(shè)備有限公司；2.四川理工技師學(xué)院)
引言
隨著時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步，減速機(jī)的應(yīng)用越來越普遍，減速機(jī)在幾乎所有重工業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用。建材行業(yè)大型減速機(jī)的維修，特別是生料立磨減速機(jī)、輥壓機(jī)行星減速機(jī)、管磨機(jī)同軸雙分流式中心傳動(dòng)減速機(jī)等的維修，技術(shù)含量高、維修難度大、檢修周期長(zhǎng)，如若不慎就會(huì)釀成大錯(cuò)。
減速機(jī)的改善性維修區(qū)別于傳統(tǒng)的減速機(jī)維修，傳統(tǒng)減速機(jī)維修通常就是對(duì)于損壞零件按照原圖進(jìn)行新造換新或者原件按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修復(fù)處理，并未結(jié)合減速機(jī)使用工況，從整體結(jié)構(gòu)配合、設(shè)計(jì)強(qiáng)度及疲勞壽命、零部件具體細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造工藝等諸多方面去分析減速機(jī)損壞的根本原因。改善性維修不僅要更換或修復(fù)損壞零部件，而且要去分析減速機(jī)損壞的真正原因，并找到克服故障的完善解決方案，只有找到真正原因并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，才能解決根本問題。本文通過剖析幾個(gè)典型減速機(jī)改善性維修案例，對(duì)減速機(jī)的維修注意事項(xiàng)及技術(shù)保證措施進(jìn)行總結(jié)。
01 減速機(jī)改善性維修案例分析
1.1 福建三明南方220立磨減速機(jī)的改善性維修
1.1.1故障概況
福建三明南方水泥5 000 t/d水泥生產(chǎn)線配置兩臺(tái)220立磨減速機(jī)，運(yùn)行5年后，2號(hào)立磨減速機(jī)平行級(jí)齒輪副開始斷齒。找原廠家進(jìn)行了三次維修，每次維修后都會(huì)出現(xiàn)相同故障，甚至在使用2個(gè)月后平行級(jí)齒輪軸出現(xiàn)明顯剝落凹坑（深達(dá)5 mm以上），平行級(jí)大齒輪也不例外，見圖1。
圖1 齒輪剝落凹坑
總體上講，自第一次維修后，該減速機(jī)大概使用10個(gè)月左右就會(huì)斷齒趴窩，故障會(huì)如期上演。
1.1.2原因分析
查閱這臺(tái)減速機(jī)多年使用情況和多次維修臺(tái)賬，并參考原廠家的生產(chǎn)組織模式，筆者分析得出前5年好用而后面每次維修后短期內(nèi)二級(jí)齒輪副偏載都會(huì)斷齒的根本原因。
原廠家箱體及行星架基本都是外協(xié)加工。首次新裝機(jī)時(shí)，原廠家裝配減速機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)二級(jí)齒輪副嚙合不好，要解決這個(gè)問題有兩個(gè)可行性方案：
方案一，箱體及軸承座軸承包容孔重新堆焊起來，消除焊接應(yīng)力后重新精加工；
方案二，將二級(jí)齒輪軸或者二級(jí)大齒輪沿齒寬方向修一條曲線消除齒輪副偏載以匹配不合格箱體。
由于箱體返廠維修時(shí)間周期長(zhǎng)，成本高，顯然原廠家采用了第二種處理方案，即沿二級(jí)齒輪軸齒寬方向修形（從上至下修一條曲線），以非標(biāo)齒輪軸來匹配不合格箱體，但齒寬方向修形曲線不是很完美，所以用了不到5年出現(xiàn)了故障（即二級(jí)齒輪軸和二級(jí)大齒輪斷齒）。
后面多次維修時(shí)，承修單位（原廠及另一品牌廠家）都用原廠家標(biāo)準(zhǔn)圖紙制造的新齒輪裝上去，這樣齒輪副與箱體就更加不匹配，致使二級(jí)齒輪副偏載更加嚴(yán)重，導(dǎo)致使用不到3個(gè)月二級(jí)齒輪副就會(huì)開始剝落，使用不到1年就會(huì)斷齒。
該減速機(jī)損壞雖然直接現(xiàn)象是平行級(jí)齒輪副斷齒，但真正原因并不是齒輪本身問題，而是箱體軸承孔和軸承座軸承孔錯(cuò)位，上下檔軸承孔傾斜，不在同一直線上。產(chǎn)生的根源是箱體制造的兩道工序顛倒了，即將鉆、鉸箱體與軸承座之間定位圓柱銷孔并配置圓柱銷的工序與精鏜箱體與軸承座上包容孔的工序搞反了，導(dǎo)致箱體軸承孔和軸承座軸承孔錯(cuò)位。
1.1.3 改善性維修方案
公司從箱體制造工藝上去解決問題，在現(xiàn)場(chǎng)通過采用旋轉(zhuǎn)軸承座的方式找回了箱體與軸承座的理想位置。具體判斷依據(jù)為：輪齒嚙合著色法，檢查大錐齒輪和平行級(jí)大齒輪，分別觀察其嚙合一周的若干個(gè)區(qū)域，如果其齒高方向及齒寬方向都沒有明顯變化且都在理想的接觸位置，就證明箱體恢復(fù)到了最佳理想狀態(tài)。然后在現(xiàn)場(chǎng)鉆、鉸箱體與軸承座之間的定位圓柱銷孔，再根據(jù)銷孔尺寸配做定位銷。
1.1.4 改善性維修效果
維修運(yùn)行3月后，筆者回訪時(shí)拍攝齒輪嚙合情況（見圖2），由圖2可見，二級(jí)齒輪副嚙合非常完美：從齒頂?shù)烬X根，從齒輪上端到下端，都幾乎100%接觸。
圖2 維修后回訪時(shí)齒輪嚙合情況
1.2 安福南方250立磨減速機(jī)改善性維修案例分析
1.2.1故障概況
江西安福南方250立磨減速機(jī)新機(jī)使用8個(gè)月就出現(xiàn)了故障：鼓形齒軸軸頭扭斷，具體見圖3。返廠修復(fù)3次，每次使用4個(gè)月左右就出現(xiàn)相同故障。
圖3 鼓形齒軸軸頭扭斷
1.2.2原因分析
廠家在設(shè)計(jì)鼓形齒軸時(shí)，由于考慮不周，導(dǎo)致支撐銷安裝孔孔底與鼓形齒下端面重合。鼓形齒下端面屬高應(yīng)力截面（高危截面），鉆孔深度到了鼓形齒下端面處（見圖4），鉆頭留下的尖角會(huì)產(chǎn)生若干倍的應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力超過材料持久壽命的應(yīng)力極限值時(shí)，鼓形齒軸很快就會(huì)扭斷。
圖4 維修前支撐銷安裝孔
1.2.3改善維修方案
（1）將支撐銷安裝孔深度改淺，明顯地錯(cuò)開高應(yīng)力截面，避免應(yīng)力集中，具體結(jié)構(gòu)見圖5。
圖5 維修改進(jìn)后支撐銷安裝孔
（2）用鏜床把鉆頭鉆孔留下的尖角扣平，徹底消除高度應(yīng)力集中因素。
1.2.4改善性維修效果
2017年年底，該減速機(jī)經(jīng)改善性維修后投入使用，至今運(yùn)行穩(wěn)定，未見異常。
1.3 銅川聲威進(jìn)口B4DH13A提升機(jī)減速機(jī)維修案例分析
1.3.1故障概況
該提升機(jī)結(jié)構(gòu)為雙驅(qū)結(jié)構(gòu)型式，即兩臺(tái)相同的減速機(jī)一左一右一起驅(qū)動(dòng)同一臺(tái)提升機(jī)。這兩臺(tái)減速機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)七八年后，其中一臺(tái)減速機(jī)經(jīng)常發(fā)生輸出級(jí)齒輪副斷齒，輸出軸兩端滿圓柱滾子軸承擋肩撇斷事故。原廠家修復(fù)了幾次，每次修復(fù)后，短時(shí)間出現(xiàn)點(diǎn)蝕剝落，兩個(gè)月內(nèi)輸出級(jí)齒輪副就斷齒，見圖6。
圖6 齒輪斷齒情況
1.3.2原因分析
減速機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)七八年后才出現(xiàn)這個(gè)故障，說明減速機(jī)制造時(shí)并沒有嚴(yán)重的問題。既然每次維修后兩個(gè)月之內(nèi)減速機(jī)會(huì)斷齒，問題出在習(xí)慣性錯(cuò)誤上的可能比較大，比如安裝調(diào)試。
現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)后分析認(rèn)為，真正原因確實(shí)出在安裝上：減速機(jī)輸出軸內(nèi)孔和提升機(jī)軸頭的配合間隙設(shè)計(jì)得很小（這樣才能保證正常安全使用），這樣一來，安裝時(shí)調(diào)整減速機(jī)輸出空心軸和提升機(jī)軸頭軸心線同軸度的難度較大，需要耐心、經(jīng)驗(yàn)及技巧。由于間隙太小，安裝人員為了完成安裝任務(wù)，對(duì)提升機(jī)軸頭及減速機(jī)輸出軸內(nèi)孔進(jìn)行打磨，使其配合間隙變大（實(shí)測(cè)配合間隙接近0.7 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值）。
1.3.3改善維修方案
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察得到齒輪副偏載情況，結(jié)合我們減速機(jī)維修經(jīng)驗(yàn)，在輸出齒輪軸上設(shè)計(jì)一條與之匹配的齒向修形曲線，見圖7，以調(diào)整、改善齒輪副齒寬方向的偏載情況。為了解決輸出軸滿圓柱滾子軸承擋肩撇斷問題，我們把輸出軸組件軸向間隙放大到2 mm，問題迎刃而解。
圖7 輸出齒輪軸齒向修形
針對(duì)減速機(jī)空心軸與提升機(jī)軸頭配合間隙超大，提升機(jī)軸頭會(huì)通過平鍵擰著減速機(jī)“跳舞”的問題，我們采用特種材料進(jìn)行填充修復(fù)。
1.3.4改善性維修效果
維修后，減速機(jī)使用效果良好。使用半年后客戶反饋，該齒輪副嚙合依然非常完美，沒有一點(diǎn)偏載跡象。
02 減速機(jī)的維修注意事項(xiàng)及技術(shù)保證措施
對(duì)于減速機(jī)檢修來說，除了備件質(zhì)量把關(guān)及進(jìn)口軸承真?zhèn)舞b別之外，最為關(guān)鍵的就是產(chǎn)品裝配：包括裝配清潔度、均載調(diào)整、定位調(diào)整以及規(guī)范的檢修程序與方法等。
2.1 備件質(zhì)量及真?zhèn)舞b別與把關(guān)
作為高精重載減速機(jī)專業(yè)維修單位，必須具備零部件質(zhì)量把控及進(jìn)口軸承真?zhèn)蔚哪芰Γ蝗徽麢C(jī)的可靠性及功能很難正常發(fā)揮。對(duì)于進(jìn)口軸承，通過產(chǎn)品包裝、產(chǎn)品外觀、軸承游隙以及各大品牌所用防銹油顏色、氣味、用量以及包裝材料、顏色等觀察檢測(cè)，鑒別軸承真?zhèn)危舨槌鲚S承是高仿軸承，及時(shí)通知業(yè)主進(jìn)行更換，避免損失，保證維修質(zhì)量和備件質(zhì)量。
通過產(chǎn)品硬度初步檢測(cè)；關(guān)基件（關(guān)鍵基礎(chǔ)零部件）高應(yīng)力區(qū)域滲透及磁粉探傷檢測(cè)，檢查零件高應(yīng)力區(qū)域是否有裂紋顯示，如軸類零件圓弧過渡區(qū)域、齒面及齒根、齒輪高應(yīng)力輪緣部位、行星齒輪內(nèi)孔、退刀槽等應(yīng)力集中部位。
若發(fā)現(xiàn)存在微裂紋，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行備件調(diào)換或現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)急處理，為業(yè)主挽回?fù)p失。備件的質(zhì)量檢驗(yàn)及軸承真?zhèn)舞b別是檢修的重要步驟，是基礎(chǔ)，不能省略，不然難以保證維修質(zhì)量和設(shè)備壽命，給生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失。同時(shí)也要具備舊件的鑒別能力，能用的備 件盡量保留下來，避免浪費(fèi)。
2.2 減速機(jī)的清潔度
減速機(jī)是非常精密的關(guān)鍵設(shè)備，裝配清潔度與零部件的潔凈對(duì)于保證維修質(zhì)量十分重要。同時(shí)也只有把零部件清洗干凈，才能從中檢查出零部件的細(xì)微缺陷等。減速機(jī)由于工作時(shí)旋轉(zhuǎn)摩擦，內(nèi)部油溫升高后會(huì)把死角的淤泥融化，如果清潔度不保證，融化后的淤泥中聚集的硬質(zhì)雜質(zhì)會(huì)被油液帶入齒輪嚙合區(qū)及軸承滾道內(nèi)，會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性事故。同時(shí)一些細(xì)小雜質(zhì)混入油中，還會(huì)導(dǎo)致微粒磨損等，造成減速機(jī)壽命縮短甚至早期損壞。
2.3 減速機(jī)的均載調(diào)整
大型減速機(jī)的均載包括兩方面的內(nèi)容，一是輪齒在全齒寬方向，各接觸部位受力基本均等，這樣才能避免因局部過載導(dǎo)致減速機(jī)早期損壞；對(duì)于功率分流輪系來說，均載照樣重要，比如立磨減速機(jī)的行星齒輪，幾個(gè)齒輪同步負(fù)載，若各個(gè)齒輪負(fù)載不均，就會(huì)出現(xiàn)齒輪間偏載而早期損壞斷齒等事故，通過碎塊擠壓，造成整機(jī)癱瘓；還有同軸分流式大型減速機(jī)，若左、右兩側(cè)齒輪負(fù)載不均，也會(huì)引起斷軸、斷齒及軸承早期損壞造成減速機(jī)趴窩等惡性事故。
2.4 減速機(jī)的裝配定位
減速機(jī)裝配時(shí)的 定位包括的內(nèi)容比較多，比如軸承在機(jī)體里的定位、軸承在軸上的軸向定位、軸與軸之間的配合定位、減速機(jī)與連接設(shè)備的定位（原動(dòng)機(jī)及工作機(jī)械）等，定位的方法也多種多樣，有內(nèi)、外止口定位、軸肩定位、鎖緊定位等。從方向上說有軸向定位、徑向定位，若軸向定位不牢，會(huì)產(chǎn)生軸向竄動(dòng)；若徑向定位不好，軸系的中心距就會(huì)不穩(wěn)定，比如軸承外圈與機(jī)體包容孔存在較大間隙，軸承內(nèi)圈與軸間隙大，都會(huì)造成不穩(wěn)定運(yùn)行、負(fù)載波動(dòng)等，異常磨損導(dǎo)致減速機(jī)產(chǎn)生早期事故。
2.5 規(guī)范的檢修程序與方法
為了做好大型減速機(jī)的維修，更好地為客戶服務(wù)，我們通過多年在對(duì)國(guó)內(nèi)外各廠家各型減速機(jī)維修中總結(jié)出一整套完整的檢修方法及操作規(guī)程，并專業(yè)化、規(guī)范化、制度化運(yùn)行，業(yè)績(jī)遍布水泥、鋼鐵、鋁業(yè)、電力等各個(gè)行業(yè)，受到了多方面的關(guān)注與好評(píng)。
我們通常的檢修程序是：首先到使用廠家對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及維修檔案進(jìn)行全方位摸底診斷，判定減速機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，再根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)制定檢修維護(hù)保養(yǎng)方案，并與甲方溝通交流，達(dá)成統(tǒng)一意見，提出檢修重點(diǎn)、關(guān)鍵卡控項(xiàng)以及質(zhì)量保證措施等。
03 結(jié)束語
針對(duì)減速機(jī)維修的傳統(tǒng)方法（哪個(gè)零件壞了換哪個(gè)），提出了改善性維修理念。以3個(gè)減速機(jī)故障案例，從整體結(jié)構(gòu)配合、設(shè)計(jì)強(qiáng)度及疲勞壽命、零部件具體細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造工藝等諸多方面去分析減速機(jī)損壞的根本原因，不僅要更換或修復(fù)損壞的零部件，還要剖析減速機(jī)損壞的真正原因，找到克服故障的解決方案，提出維修注意事項(xiàng)以及技術(shù)保證措施，達(dá)到改善性維修的目的。本文經(jīng)驗(yàn)可為減速機(jī)更精準(zhǔn)、高效的改善性維修服務(wù)工作提供借鑒。
來源：《新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào)》
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