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(lái)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(wèn)題。本文通過(guò)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(kāi)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(jiàn)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(wèn)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(lái)，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(lái)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(kāi)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(wèn)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(xiāo)孔并配置圓柱銷(xiāo)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(wèn)題，在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)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(méi)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(xiāo)孔，再根據(jù)銷(xiāo)孔尺寸配做定位銷(xiāo)。
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(jiàn)圖2），由圖2可見(jiàn)，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(jiàn)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(xiāo)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(jiàn)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(guò)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(xiāo)安裝孔
1.2.3改善維修方案
（1）將支撐銷(xiāo)安裝孔深度改淺，明顯地錯(cuò)開(kāi)高應(yīng)力截面，避免應(yīng)力集中，具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。
圖5 維修改進(jìn)后支撐銷(xiāo)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(jiàn)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(jiàn)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(shuō)明減速機(jī)制造時(shí)并沒(méi)有嚴(yán)重的問(wèn)題。既然每次維修后兩個(gè)月之內(nèi)減速機(jī)會(huì)斷齒，問(wèn)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?。ㄟ@樣才能保證正常安全使用），這樣一來(lái)，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(jiàn)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(wèn)題，我們把輸出軸組件軸向間隙放大到2 mm，問(wèn)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(guò)平鍵擰著減速機(jī)“跳舞”的問(wèn)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(méi)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(lái)說(shuō)，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(zhuān)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(guò)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)?，若查出軸承是高仿軸承，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(guò)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(lèi)零件圓弧過(guò)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(lái)，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(guò)載導(dǎo)致減速機(jī)早期損壞；對(duì)于功率分流輪系來(lái)說(shuō)，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(guò)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(shuō)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(guò)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(zhuān)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(jiàn)，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(yǔ)
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(lái)源：《新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào)》
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