立磨减速机输入轴小螺旋伞齿轮打齿分析及改进措施

陈志强

（唐山冀东水泥股份有限公司，河北 唐山 063031）

0 前 言

本公司生料粉磨设备是德国莱歇公司生产的LM48.4立磨，磨机生产综合台时360t/h，生料分布电耗20kWh/t左右，配套磨盘直径4800mm，磨辊形式为锥辊，数量4个，磨盘衬板形式为平盘，磨盘转速26.09r/min。2016年11月经过近6年时间的运转，在运转时由于主电机非负荷侧瓦温高造成系统连锁停机，经检查发现减速机输入轴小螺旋伞齿打齿，被迫停机。该减速机为Flander公司产品，如更换进口螺旋伞齿，采购周期需要6个月左右，维修周期较长、备件费用相对较高，严重影响水泥生产销售。综合权衡考虑，经研究将减速机拉到唐山某减速机维修中心解体、维修，将大小螺旋伞齿国产化，历时三个月修复了减速机，节省维修费用，保证生产正常运行。

1 立磨配套电机减速机主要参数

电机型号：YRKK800－6，功率2700kW，转速993r/min，额定电压6000V。

减速机型号KMPS446，输入功率2650kW，输出转速26.09r/min。KMPS系列减速机为锥齿轮——平行轴——行星齿轮三级减速传动的结构形式。减速机结构（见图1）。

图1 减速机结构图

2 损坏部件

（1）减速机输入轴小螺旋伞齿打齿（见图2）。

（2）输入轴后轴承（23244CCW33 C3）保持架损坏、滚动体变形严重，轴承内套、外套损坏（见图3、4、5、6）。

（3）输入轴套轴承位出现跑圈现象、并出现裂纹（见图7）。

（4）太阳轮、行星轮、内齿圈啮合面长度在100mm～130mm之间；太阳轮、行星轮、内齿圈齿面出现不同程度的剥落，见图8、9、10。

图2 小螺旋伞齿打齿

图3 保持架损坏

图4 滚动体变形

图5 轴承内套损坏

（5）中间轴鼓形齿上面与内齿套之间的球形密封接触面环向磨损。

（6）减速机内部使用轴承的滚动体、轴承内外圈出现不同程度的密集碎屑压痕。

图6 轴承外套损坏

图7 输入轴套轴承位跑圈、开裂

图8 太阳轮齿面剥落

图9 行星轮齿面剥落

图10 内齿圈齿面剥落

3 原因分析

2016年11月4日06∶50，原料磨操作员发现原料磨主电机因供油压力低造成主机联锁停机，主电机非负荷侧轴瓦温度达到63℃，电话通知原料磨岗位职工和机械巡检师。他们对油站过滤器进行清洗后于7∶10开机，运行至8：04原料磨主电机非负荷侧轴瓦温度达到65℃联锁停机，停机后机械、电气巡检师共同对减速机和主电机检查未发现异常，于8∶54再次开磨，电气巡检师巡检时发现主电机轴向窜动大、电机振动较大，电气巡检师立即通知操作员停机，9∶06将原料磨主电机停机。

原料磨停机后，通过检查发现主电机转子整体向非负荷侧移动约10mm。发现减速机高速轴小螺旋伞齿轮大端打齿，打齿长度占整个齿长1/3。由于小螺旋伞齿损坏较严重，已经无法再使用，决定对损坏的螺旋伞齿轮副进行整体更换，联系备件和维修单位。

原料立磨使用为KMPS446型减速机，立磨运行加载压力控制在8MPa（80Bar）以内，设计加载压力为3MPa～10MPa（30Bar～100Bar），主电机运行电流最高未超出290A（主电机额定电流316.8A的90%以下），该减速机只有推力瓦瓦温、减速机壳体处振动值及回油温度有显示，输入轴处轴承温度没有监测点，无法监测轴承运行时的温度。设备系统连锁保护测温、测振、测压、金属探测仪等电器保护系统一直运行安全有效，减速机振动保护值设定为4.5mm/s时报警，达到7mm/s时停立磨主电机，正常运转时振动值一般在4mm/s以下；主电机瓦温度最高不超52℃。

通过对原料立磨主电机电流、主电机轴瓦温度、振动趋势图进行分析，在停机前立磨振动值及主电机电流未出现明显变化。因此这次减速机损坏在运行电流曲线、振动值上表现不明显，仅是出现了主电机非负荷侧轴瓦温度升高。根据减速机解体后分析，减速机故障损坏的原因主要有以下几点：

（1）小螺旋伞齿轮打齿的主要是高速轴轴承（23244CCW33 C3）损坏导致大小螺旋伞齿接触部位偏离中间位置，到达边缘后由于超过极限而损坏，轴承损坏的主要原因为中间轴承（29340E）轴向游隙过大0.45mm（标准0.10mm～0.15mm），导致高速轴轴承承受的轴向力超过极限值，轴承单边受力过大，润滑不足导致轴承损坏。

（2）太阳轮、行星轮、内齿圈齿面的啮合长度在100mm左右，且偏下端，主要原因是内齿圈与二级中间轴的同轴度存在偏差0.21mm。

4 实施解决方案

根据减速机出现故障损坏部位情况，研究总体修理方案原则是运到唐山某减速机维修中心，更换减速机内部轴承，用国产螺旋伞齿替代进口螺旋伞齿，采购周期缩短且备件费大幅降低，维修过程及质量可控。将内齿圈支撑座的内径扩大0.40mm，调整内齿圈与支撑座之间的相对位置，以保证内齿圈与二级中间轴的同轴度，对内齿圈、齿轮点蚀部位用油石打磨处理，具体方案：

（1）因内齿圈与二级中间轴同轴度存在偏差，需将内齿圈的支撑座内径扩大0.4mm，后调整内齿圈与支撑座之间的相对位置，保证内齿圈与二级中间轴同轴度在合格的范围之内。

①将内齿圈与支撑座之间的连接螺栓全部松开，将内齿圈支撑座内孔扩大0.40mm，见图11。

图11 扩大内齿圈支撑座内孔

②将支撑座用连接螺栓及定位销固定在减速机壳体法兰，内齿圈与支撑座之间用八条螺栓固定好。内齿圈在机床上找正，以内齿圈节圆为径跳找正基准和以齿圈端面为端跳找正基准，通过调整内齿圈与支撑座之间的相对位置，保证内齿圈与二级中间轴下轴承位的同轴度，保证偏差在0.03mm以内。

③回装并紧固内齿圈与支撑座之间的连接螺栓（注意拆解吊装过程中内齿圈与支撑座不要发生相对移动），为防止内齿圈与支撑座之间移位，经与设备厂家结合将8条螺栓不装，利用原有的螺栓孔改为定位销孔，定位销的尺寸为φ50mm×150mm，见图12。

图12 原螺栓孔改为定位销孔

图13 确保密封作用

④用塞尺测量内齿圈与支撑座的间隙量，保证内齿圈安装到位。

⑤内齿圈与支撑座之间有φ7mm的O型圈起密封作用，由于将支撑座的内经扩大0.4mm，需将O型圈由φ7mm改为φ8mm以保证正常供油不泄漏。O型圈回装后进行打压试验，若内齿圈与支撑座结合面处有漏气现象，用密封胶进行封堵，见图13。

⑥经检验合格后将内齿圈与支撑座组件固定在减速机壳体法兰上，按照力矩要求进行紧固。

（2）输入轴套后轴承位出现跑圈及裂纹处理方案。

①加工前测绘输入轴套筒内孔两个轴承位尺寸；保证镶套完成后与原始内孔尺寸及设计一致；

②输入轴套筒外圈后轴承位去除炸裂层，探伤无问题后再进行镶套；

③内孔镶嵌通长套并对输入轴套筒两侧端面增加8个定位销，定位销位置成十字状，确保镶套材质与母体一致；

④加工输入轴套筒内孔轴承位：上机床以输入轴内孔轴承位未磨损油道找正径跳，要求跳动≤0.03mm，（进行机加工前轴承位尺寸φ360.02mm，后轴承位尺寸φ400.02mm；表面粗糙度为16μm）；

（3）太阳轮鼓形齿、行星轮、内齿圈齿面出现点蚀、剥落的，用600目的油石打磨处理，探伤无裂纹后继续使用。

（4）球形密封接触面环向磨损，修复后继续使用。

（5）该减速机出厂日期2003年，2003年～2012年断续生产，从2012年开始连续生产，设备厂家技术人员建议减速机内部轴承全部更换。

（6）减速机输入轴后轴承处无测温点，在此处增加测温点，以监测轴承运行温度并参与报警及连锁停机。

（7）清洗组装试车。

①检查推力瓦各部位没有受到伤害，清洗并用压缩空气将润滑供油孔吹干净，保持畅通。

②用高压清洗机对减速机内部齿轮、轴承清洗，对安装后轴承的游隙、窜动量、齿轮啮合情况等必须符合图纸技术要求，作好记录并存档。

③螺栓紧固按照标准要求紧固并做好防松措施。

④减速机安装就位后，开启润滑系统2h循环，清洗检查供油过滤器和回油过滤器的滤芯，保证供油过滤器前后压差正常＜0.15MPa，回油过滤器无金属异物。抬起磨辊，空载运行8h后检查各运行参数正常后，液压系统逐步加载（额定加载压力的60%、70%、80%）分别生产运行12h、16h、24h，然后带负荷正常运行，36h以后减速机地脚螺栓再次加温防松紧固。

5 运行效果和启示

现场运行带载荷后电机电流值在280A左右（控制在额定电流316.8A的88%以下），减速机高速轴轴承温度稳定在55℃左右，高速轴处的水平、垂直振动值在1.2mm/s～4.0mm/s之间，供油压力等均在安全运行指标范围内，输入轴轴承运转正常、螺旋伞齿啮合面满足要求。此次故障给我们启示：（1）今后要定期对高速轴轴向游隙定期测量，初期每3个月检测一次，如果超过标准值时，检测周期要根据游隙变化趋势、温度、振动、啮合情况进行跟踪。当实际游隙大于标准值0.1mm时，或轴承温度、震动值、螺旋伞齿的啮合情况发生变化时，需要对高速轴的轴向游隙进行调整，直至标准范围内为准。发现异常情况及时采取有效措施处理解决，保证减速机运行安全可靠性。（2）国产螺旋伞齿能够替代进口螺旋伞齿并满足生产需求。

参考文献：

[1]KMPS446系列减速机安装操作使用说明书[Z].

[2]水泥工业用硬齿面JLX系列立式磨 减速机（JC/T878.4-2001）[S].