立磨减速机断齿原因分析及处理

2011-11-02任永刚张浩云胡学成刘红军李建军

水泥技术 2011年1期

关键词：弧齿断齿小齿轮

□□任永刚，张浩云，胡学成，刘红军，李建军

立磨减速机断齿原因分析及处理

Cause Analysis and Measures for Gear Teeth Fracture of the Roller Mill Reducer

□□任永刚，张浩云，胡学成，刘红军，李建军

1 前言

2008年以前的5000t/d水泥熟料生产线配用的原料立磨减速机，多为FLENDER减速机，近几年曾发生减速机一级弧齿锥齿轮副断齿事故。笔者参与处理过两起KMPS675减速机一级齿轮副弧齿锥齿轮断齿事故。现将事故原因与预防措施阐述如下。

2 KMPS675减速机结构图（图1）

图1 KMPS675减速机结构图

3 立磨减速机齿轮断齿状况

3.1 A企业减速机齿轮断齿情况

巡检工在发现减速机运行声音异常后及时上报，停机检查发现减速机弧齿大锥齿轮断齿，由于发现及时没有造成弧齿小锥齿轮损坏。断齿照片见图2。

图2 A企业减速机弧齿大锥齿轮断齿状况照片

3.2 B企业减速机齿轮断齿情况

减速机断齿是在设备计划检修时打开减速机观察孔发现的，由于发现不及时，造成减速机弧齿锥齿轮副出现不同程度的损坏。断齿照片见图3、4。

3.3 现场情况

对两起减速机断齿事故现场检查，都存在减速机输入轴的轴向窜动，实测A企业减速机输入轴的窜动量1.56mm，B企业减速机输入轴的窜动量2.3mm。B企业在减速机发生齿轮断齿后，检查另外2台KMPS675减速机，发现减速机输入轴的轴向窜动量分别是1.86mm和2.0mm，但没有出现断齿现象。

3.4 齿轮断齿特点

破坏断面不规则；受力面断裂高度低于非受力面；断面材质较致密、没有杂质；断齿多发生在弧齿大锥齿轮上，弧齿小锥齿轮损伤较轻。B企业减速机由于断齿后发现不及时造成小齿轮的破坏。

图3 B减速机弧齿小锥齿轮断齿

图4 B减速机弧齿大锥齿轮断齿状况

3.5 断面硬度检测情况

齿轮断面的硬度情况是：齿表面HRC61，距齿表面2.5mm向中部的断面硬度为HRC58-HRC55。

3.6 对啮合齿轮着色检查情况

着色后用辅传转动检查，空载情况下小齿轮啮合长度只有齿长的45%左右（图5）。

图5 啮合齿轮着色检查

3.7 拆卸高速轴检查情况（图6）

减速机输入轴和大伞齿轮上的轴承完好，压紧轴承的螺母没有松动（图6a）；弧齿小锥齿轮轴肩有轻微磨损（图6b）；推力滚子轴承与调心滚子轴承间的固定套端面有轻微磨损痕迹（图6c）；调心滚子轴承和弧齿小锥齿轮轴肩端面发现磨损痕迹（图6d）。经对折卸部件进行检测：A企业减速机高速轴部件实际累计磨损量0.26 mm，B企业减速机高速轴部件实际累计磨损量0.3mm。轴上部件除调心滚子轴承被扒掉外，其他部件拆卸较为方便。

4 减速机一级齿轮副相关参数

4.1 减速机一级齿轮副齿型参数

据制造商介绍，减速机一级齿轮副转动安全系数2.5，减速机整机安全系数2.0；生产中允许输入轴产生轴向窜动量≤0.2mm。

4.2 现场检测参数

为测出一级齿轮副齿轮啮合总重合度，测量的相关数据为：小齿轮齿宽185mm，小锥齿轮齿数21个、大锥齿轮齿数43个，小锥齿轮大端直径约da537.7mm；齿高约43.5 mm，小端齿高约39mm；齿顶圆锥角约26°（用90°减去轴端面与锥轴线交角）；齿宽中点螺旋角β约为32.7°（齿宽中点有车道痕迹，轴中心线与齿宽中点螺旋的切线的交角）。

4.3 计算齿轮啮合的总重合度

大端分度圆直径 d≈537.7-2×43.5÷1.84×0.82·cos26=502.85mm（暂依据埃斯姆斯齿型，齿顶高系数0.82、齿顶隙系数0.2计算）

大端模数M=d/Z≈23.6（与实际值会有偏差）

依据当量齿轮查机械设计手册[1]近似得出端面重合度Σa为2.1

分锥角δ=tan-〔502.85÷(2×23.6·sin26+537.7÷tan26）〕=24.16°

齿线重合度Σβ≈b·tanβ÷〔（1-0.5ϕR）πM〕=1.887

图6 拆卸高速轴检查情况

图7 小齿轮两轴肩与轴套和轴承发生磨损

齿宽系数ϕR=2b·sinδ÷d；M为端面模数=d÷Z，

式中：b——齿宽

β——螺旋角

π——常数

δ——分锥角

d——大端分度圆直径

Z——齿数。

总重合度ΣR≈(Σa2+Σβ2)1/2=2.825（可能与实际有误差，主要为判断修复后载荷提供依据）。

5 减速机一级齿轮副断齿分析

5.1 轴向窜动原因查找

从两起事故拆卸过程看，轴承锁紧螺母安装没有松动，修复后再重新锁紧螺母时发现：A企业减速机高速轴轴承锁紧螺母比原装位置多旋转120°，B企业减速机高速轴轴承锁紧螺母比原装位置多旋转180°，螺距为4mm，实际引起的轴向窜动达到1.26mm和2mm，加上轴套等部件的累计磨损，与实际轴向窜动量基本一致。原装时不可能出现螺母不锁紧情况，是何部件出现磨损呢?经过对部件进行认真检查，小齿轮两个轴肩分别与轴套和轴承发生了磨损（图7）。

5.2 断齿原因分析

一是轴套与轴的配合为动配合，在开停设备时，由于惯性造成轴套与轴之间的相对运动；二是轴上部件材质硬度不一致；三是对新设备使用的操作技能差，造成开停磨次数增多；四是生产中不知道会发生轴向窜动，没有进行检查；五是生产中操作不当导致突发振动值超过设定值后跳停，跳停时磨盘上料层厚度差会导致磨盘发生反向运动。上述原因最终造成了断齿事故。

6 事故发生后的解决方案

（1）依据弧齿锥齿轮材质选用18CrNiMo6，齿表面加工制造精度高，首先排除了采用焊接进行修齿的方案。对断齿部位进行着色探伤后，将断齿棱角和有裂纹的部位全部磨掉，余下的残齿长度是确定带病运转的主要参数，经磨销探伤后的断齿修复照片见图8、9。

（2）制作工装卡具，对高速轴上的两个轴向轴承进行预紧力装配后，测量轴承内套的轴向安装尺寸。

（3）对轴肩和轴套端面毛刺修理。安装后，依据着色齿面啮合情况，通过调节轴端垫片厚度，最后加工轴端垫片装配。

（4）依据总重合度2.825值和弧齿锥齿轮啮合特点，结合立磨设计产量395t/h和4200kW主电机日常运行工作电流，与制造商协商后，将A企业原料立磨电机工作电流控制在额定电流的80%以下，产量≤360t/h；对于B企业，由于连续断掉2齿，其中一个齿修复后大端只残留1/4长度，经减速机制造商校核，将原料立磨电机工作电流控制在额定电流的70%以下，产量≤290t/h。

（5）修复后产量由设计值的50%起步运行，加到60%运行2h后停车检查，小齿轮啮合面如图10、11。A企业减速机带病运行两年多；B企业减速机带病运行三个多月时间，为准备齿轮备件进行更换赢得了时间。

（6）减速机重载运行后声音与振动情况：在设定的立磨台时情况下，磨机主电机工作电流平均值比设定值小5A左右，运行中有间歇性响声；对输入轴三个方向的震动值连续几天检测，没有出现增加现象。