圆锥圆柱齿轮减速机的故障判断与检修

国能康平发电有限公司 徐全博

1 引言

笔者所在国能康平发电有限公司2×600MW机组输煤系统采用的是DT Ⅱ型胶带机，根据各段需求功率90kW 至315kW 不等，配套使用R 系列减速机及MHB 系列减速机，该两种系列为南高齿集团生产的三级传动大速比圆锥圆柱齿轮减速机（如图1所示）。圆锥圆柱齿轮减速机一般为高精度中、低速重载硬齿面减速机，多为外啮合渐开线圆柱齿轮减速机，具有结构简单、高效率、运行平稳，使用寿命长和承载能力高等优点，其缺点是笨重、噪音大，渗油治理困难。本文主要结合生产现场减速机日常问题，总结经验，阐述圆锥圆柱齿轮减速机故障判断与故障检修及预防。

图1 圆锥圆柱齿轮减速机的组成与工作原理

1.1 圆锥圆柱齿轮减速机的组成

圆锥圆柱齿轮减速机主要由箱体（上箱体、下箱体）、齿轮组（伞齿轮、齿轮盘）、齿轮轴、轴承（圆锥滚子轴承为主）、逆止器、油位指示器、排气阀、放油阀组成。

1.2 圆锥圆柱齿轮减速机的工作原理

原动机（一般为电机）的转速通过液力偶合器传给减速机高速轴伞齿轮后，伞齿轮带动二级轴齿轮盘运转，随后通过齿轮轴与齿轮啮合，依次向下逐级传导，最终在减速机输出轴获得对应速比下所需转速。

2 圆锥圆柱齿轮减速机的故障判断、分析

2.1 渗、漏油故障

圆锥圆柱齿轮减速机多采用飞溅润滑，渗漏油故障是减速机运行中较为常见的故障之一，不仅浪费大量的润滑油，造成经济损失，污染环境，而且还威胁设备的安全使用，根据渗漏齿轮油的位置主要将减速机渗漏油故障分为以下三方面。

2.1.1 轴封处渗油

一般来说，油封即指的是骨架油封，骨架油封是起到传动系统部件中需要润滑的部件与出力部件隔离，不至于让润滑油渗漏，对减速机来说就是起到转动轴处密封减速机齿轮油及防尘的作用。骨架油封的弹簧脱落、生锈以及唇口橡胶的受损、老化都会造成密封不严，同时减速机上油封安装槽处锈蚀严重或轴身有毛边、沟壑等缺陷在高速转动状态下，也会造成骨架油封的磨损，影响密封效果。

除以上油封损伤密封不良会造成齿轮油在油封处渗漏外，齿轮油的加注量过多也会造成油封处渗油。如果减速机内的注油量多于要求油量时，油箱内的油就会被齿轮等回转件剧烈地搅拌，使润滑油在箱体内四处飞溅，就会使大量的润滑油堆积在轴封，同时当齿轮油加注过多时，腔内空气减少，减速机运行产生的热量和气体在腔内累积，而空气的减少使整个腔体可压缩性减小，腔体压力增大，随着运行时间延长，当压力达到一定时，油液即被从骨架油封位置处压出[1]。

2.1.2 结合面渗油

圆锥圆柱齿轮减速机以其本体为油箱的飞溅润滑方式，加大了其结合面密封性的要求，减速机结合面处为螺栓连接，连接处的螺栓的紧固力矩不均、密封胶涂抹不均匀、零部件热处理的变形以及结合面处的粗糙度都会产生结合面的渗油，此外部分轴承或轴承室的磨损也会导致相应位置结合面的渗油。

2.1.3 排气阀处渗油

圆锥圆柱齿轮减速机上排气阀能够使减速机箱体齿轮运转过程中内产生的热量和气体排出，从而降低了箱体内的温度和产生的压力，对各部零件、轴承、密封件使用寿命起到了保护作用，但排气阀与减速机箱体连接处密封不严，或异物较多易使得排气阀附近发生齿轮油气渗漏污染减速机机体。

2.2 减速机振动异常

圆锥圆柱齿轮减速机的水平及垂直振动数值是考量设备运行状态的重要指标，鉴于日常运行维护及检修经验，减速机水平振动、垂直振动振幅值在0.07mm 以内为设备良好状态，而导致减速机设备振动异常的主要原因有以下两方面。

2.2.1 对轮找中心不准

对轮找中心不准是影响转机设备振动的最主要因素，找中心精度值越高，电机与转机同心度越高，转机运行越平稳，振动值越低，要求在日常检修找正过程中，地脚螺栓处垫片不超过3片，总厚度不超过2mm，对轮间隙不小于3mm，轴向、径向偏差不得大于0.10mm。

2.2.2 高速轴总成缺陷

南高齿减速机高速轴总成内一般由两套推力轴承及一套调心轴承组成，由于其独特的设计结构，导致轴承极易发生轴承跑外瓦等设备缺陷，日常维护中，结合减速机振动值超标，高速轴附近结合面渗漏油严重，停运设备后高速轴有较大径向窜动余量等特点，即可判定高速轴总成处发生缺陷。

2.3 减速机异音

减速机异音是圆锥圆柱齿轮减速机较为常见的故障之一，异音分为外部异音、内部异音两种。减速机外部通常与风扇、防护罩及降温管路等附件连接，因此减速机壳体外部附件固定不牢就会产生外部异音。而减速机内部结构紧凑，每级齿轮轴由两套圆锥滚子轴承固定，齿轮轴与齿轮盘相互啮合转动，但高速转动达到逐级传动的过程中齿轮之间相互作用，是减速机内部声音的主要来源。减速机内部各轴承间隙过量，齿轮疲劳点蚀、断裂、齿轮间啮合不好就会造成减速机内部产生异音。减速机异音一经发现要及时查找源头，尽快处理，尤其是减速机内部产生异音，倘若任由异音扩大，轻则导致减速机内部轴承、齿轮损坏，重则报废整台减速机。

2.4 减速机温度异常

减速机温度主要指圆锥圆柱齿轮减速机各轴承等转动部位温度，其数值是又一考量设备运行状态的重要指标，试运行状态下要求减速机30min 内各轴承位置温升不超过70℃，正常运行中减速机各轴承位置温度不高于80℃，温度过高会造成轴承抱死损坏，而导致减速机温度异常主要的原因主要有以下几方面。

2.4.1 润滑油

润滑油的种类选择与润滑油的加注量都会影响到减速机的温度变化，一般减速机采用中等黏度的工业齿轮油，在东北区域室外温度较低则使用以4408为代表，具有突出热氧化安定性和低温流动性的合成齿轮油。此外，润滑油加注量的多少也直接影响到减速机温度是否正常。润滑油量不足，减速机内部的轴承、齿轮等转动部位无法得到合理润滑，无法形成良好的油膜，以至于部件出现干摩擦现象；润滑油量过多，齿轮及轴承等运转部件运行阻力增加，而且润滑油因不断搅拌而升温，散热空间相对减小，使得由于转动而产生的高温热量无法得到有效扩散，各转动部位无法冷却持续升温。因此，科学合理加注减速机齿轮油量才能使设备在更好的状态下运行，而根据现场实际总结得出，减速机齿轮油位达到为伞齿轮的三分之一处时为最佳油位。

此外，润滑油发生氧化反应，或其中混入诸如煤粉等杂质颗粒，都将会造成设备润滑不良引起设备温度异常。

2.4.2 减速机轴承间隙

减速机轴承间隙也是影响圆锥圆柱齿轮减速机温升异常的主要原因之一，轴承间隙主要分为原始游隙、安装游隙、工作游隙，其中轴承的工作游隙过小对温升影响最大，若轴承的工作游隙过小，将导致轴承的滚动体与轴承内外圈的润滑不良，因干摩擦产生大量的热，同时轴承游隙小在高速转动过程中影响轴承受热膨胀，导致减速机温升异常，在长期该工况运行下，可产生轴承磨损、胶结、轴承内外圈胀裂乃至轴承抱死等情况，会造成轴承及减速机的损坏[2]。

2.4.3 减速机齿轮间隙

齿轮啮合传动时，为了在啮合齿廓之间形成润滑油膜，避免因轮齿摩擦发热膨胀而卡死，齿廓之间必须留有间隙，此间隙称为齿侧间隙，简称侧隙。侧隙预留过小则会影响齿轮间油膜形成造成润滑不良，导致减速机温升异常，长时间该工况运行是则会导致齿轮损坏。

3 圆锥圆柱齿轮减速机的故障处理

圆锥圆柱齿轮减速机不同故障的产生原因较多，并非每次单故障产生，时常多发并发，因此针对故障的处理方法不尽相同，主要以渗漏油的处理、轴承检查更换、齿轮检查更换为主。

3.1 减速机渗漏油处理

圆锥圆柱齿轮减速机运行过程中，发现减速机有渗漏油现象后首先应确定漏泄点位置，其次判定渗漏油量并检查减速机内部油量，最后根据渗漏位置及不同原因采取不同处理方法，具体见表1。

表1 减速机渗漏油原因及处理方法

3.2 轴承检查更换

圆锥圆柱齿轮减速机轴承的损坏及其轴向间隙值不标准是造成减速机振动、温度异常、设备异音的一大主要原因。因此，在设备日常检修及抢修过程中，要加强对轴承的检查，除检查轴承是否磨损外还应采用塞尺法及压铅丝法对轴承的安装间隙进行检查，一般情况下轴承内套与轴的过盈量为0.02～0.06mm；轴承外套与壳体的过盈量为0～0.02mm，对于可调整式圆锥滚子轴承，一般应根据表2轴向间隙允许值进行调整，如果调整后仍达不到要求应更换。

表2 圆锥滚子轴承的轴向间隙

3.3 齿轮检查更换

圆锥圆柱齿轮减速机齿轮的疲劳点蚀、磨损、胶合、塑性变形及齿轮侧隙不达标等问题也是造成减速机振动、温度异常、设备异音另一主要原因。因此，在设备的日常检修及抢修过程中，要加强对减速机齿轮情况的检查及其齿轮侧隙的测量，对点蚀严重的（点蚀面积沿齿宽，齿高超过60%）及断裂齿轮应及时更换，对高速轴的圆锥齿轮的侧隙[3]应按表3进行调节。

表3 圆锥齿轮侧隙（单位：um）

3.4 其他

除上述常用处理方法外，对于因润滑油质、油量导致的减速机温度异常故障，仅需按更换周期及油质油量要求进行换油即可；对于因找中心不准而导致减速机振动异常故障，则需使用百分表法、塞尺法按要求对减速机重新找正即可。

4 减少圆锥圆柱齿轮减速机故障的预防措施

4.1 设备检查

设备的检查，尤其对在不良环境下工作运行的减速机来说是至关重要的，对设备定期检查、不定期抽查都有利于设备维护人员对设备运行情况的掌握，使维护人员不仅能够第一时间发现并解决威胁设备运行的外界因素，更能在减速机发生故障趋势过程中尽早知晓，未雨绸缪。此外，通过设备检查的手段对设备异常及早发现，对设备故障准确判断，更能避免设备故障扩大化，减少经济损失及人力的浪费。

4.2 保养及润滑

保养设备首先要了解设备内部构造，减速机设备内部主要以转动轴承及啮合齿轮组成，因此减速机的保养主要以对转动构件的润滑为主，应对减速机设备进行定期的设备润滑，并以润滑油的定期化验结果为指导进行润滑油的更换，紧抓减速机的换油周期、加油周期，按时按量进行减速机设备的润滑，可较好避免其因润滑油所引起的诸多设备故障。

4.3 检修质量提升

检修质量的提升能一定程度减少减速机设备故障的发生，诸如进行减速机壳体变形、密封胶涂抹均匀，以及使用螺栓的细致检查，能最大限度避免减速机壳体的渗漏；减速机内部轴承间隙、齿侧间隙的精确测量与调整可更好延长轴承及齿轮的使用寿命；减速机内部油封、轴承等备件的合理拆卸、安装更避免设备的人为伤害二次缺陷；此外，严把检修全过程中更换备品备件的质量关，可大幅度降低设备故障发生频率。

5 结语

当前，我国处于“十四五”现代化能源体制改革的重要阶段，火电主体地位不可动摇，但“市场煤、计划电”的现状使得众多火电企业被迫面临“治亏解困，提质增效”的艰难处境。因此，对设备故障进行及早发现、有效处理，乃至减少设备故障发生，维护设备稳定运行，都会使电力企业维护成本降低，创造效益增加，进而推动企业长期稳定发展。