240 t鑄造起重機(jī)減速機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)

劉昌偉

（山鋼股份濟(jì)南分公司煉鋼廠，山東 濟(jì)南 250101）

經(jīng)驗(yàn)交流

240 t鑄造起重機(jī)減速機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)

劉昌偉

（山鋼股份濟(jì)南分公司煉鋼廠，山東 濟(jì)南 250101）

針對240 t鑄造起重機(jī)的主起升同步減速機(jī)齒輪的輪齒出現(xiàn)塑性變形、齒面點(diǎn)蝕和膠合等齒面損壞現(xiàn)象，對減速機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，將齒輪的材質(zhì)改為20CrNi2MoA，齒面改為硬齒面，精度增加到6級，棘輪棘爪結(jié)構(gòu)改進(jìn)為雙棘爪接觸。改進(jìn)后，減速機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，未再出現(xiàn)齒面點(diǎn)蝕等損壞現(xiàn)象。

鑄造起重機(jī)；減速機(jī)；齒輪；棘爪

1 前言

濟(jì)鋼煉鋼廠120 t轉(zhuǎn)爐區(qū)域受鋼跨240 t鑄造起重機(jī)是煉鋼生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備，負(fù)責(zé)吊運(yùn)鋼水包，安全要求非常高。該起重機(jī)主起升系統(tǒng)共有3臺減速機(jī)，呈‘品’字形布置，其中同步減速機(jī)在運(yùn)行大約1個(gè)月時(shí)，齒輪的輪齒出現(xiàn)塑性變形、齒面點(diǎn)蝕和膠合等齒面損壞現(xiàn)象，且運(yùn)行時(shí)異音非常大，嚴(yán)重影響煉鋼安全生產(chǎn)，存在重大安全隱患。因此，分析減速機(jī)齒輪輪齒損壞的原因，對設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，從而保證減速機(jī)安全平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，延長使用壽命，保障煉鋼安全生產(chǎn)。

2 原減速機(jī)概況

2.1 原減速機(jī)結(jié)構(gòu)形式及性能參數(shù)

原減速機(jī)采用的是雙輸入雙輸出結(jié)構(gòu)。通過棘輪、棘爪結(jié)構(gòu)和減速機(jī)中間的惰輪的共同作用形成反饋來達(dá)到平衡雙輸出轉(zhuǎn)速的目的，保證輸出轉(zhuǎn)速的一致性。減速機(jī)功率750 kW，輸入轉(zhuǎn)速730 r/ min，速比5.542，安全系數(shù)要求高。

2.2 原減速機(jī)齒輪輪齒損傷情況分析

原減速機(jī)齒輪為漸開線齒制，齒輪材質(zhì)40CrNiMo，熱處理狀態(tài)為調(diào)質(zhì)，齒輪精度7級。減速機(jī)在空載情況下，齒面的接觸可以達(dá)到沿齒高方向≮50%，沿齒長方向≮70%的要求[1]。加上載荷后，由于輸入輸出軸懸臂過長，撓度較大，造成齒輪偏載，實(shí)際的齒輪嚙合區(qū)長度方向不足35%。使用一段時(shí)間后，減速機(jī)齒輪的輪齒就會出現(xiàn)塑性變形、齒面點(diǎn)蝕和膠合現(xiàn)象。當(dāng)齒面長期在循環(huán)過載載荷工作時(shí)，初始齒面出現(xiàn)疲勞裂紋。由于齒輪表面與心部硬度梯度較高，如果載荷不減，就會在齒輪的深

總之，齒輪輪齒損傷嚴(yán)重的原因是載荷過大、精度低、工作應(yīng)力低于其許用值、齒輪表面與心部硬度梯度較高等。

3 減速機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

原減速機(jī)使用功率較小，齒輪強(qiáng)度滿足不了大功率下的使用要求，導(dǎo)致?lián)p傷失效。若選用較大功率的減速機(jī)，結(jié)構(gòu)尺寸較大，不符合使用現(xiàn)場安裝、連接尺寸的要求。這種情況下，只能從齒輪的材質(zhì)、熱處理工藝、齒輪參數(shù)優(yōu)化及減速機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面對原減速機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。

1）材質(zhì)是齒輪承載能力的基礎(chǔ)，合理選用齒輪材質(zhì)可以使齒輪在充分滿足性能要求的同時(shí)，以最佳的加工工藝和熱處理工藝制造生產(chǎn)出來。齒輪的許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力都隨齒輪的強(qiáng)度（硬度）提高而提高，為保證工作齒部自表至里一定深度內(nèi)達(dá)到相同的硬度，要求選用的齒輪材質(zhì)具有足夠的淬透性，芯部有足夠的韌性。因此，改進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí)齒輪的材質(zhì)由40CrNiMo改為20CrNi2MoA，屬于優(yōu)質(zhì)低碳合金鋼，此類材質(zhì)適用于重載、受沖擊齒輪[2]；齒輪的精度由7級增加到6級，熱處理工藝采用調(diào)質(zhì)+滲碳+淬火；齒輪的齒面由中硬齒面改為硬齒面，加工時(shí)采用硬齒面磨齒工藝，改善齒輪表面質(zhì)量，齒面硬度達(dá)到60 HRC。

2）重載齒輪為了降低齒面接觸應(yīng)力，提高抗膠合能力，通過更改設(shè)計(jì)齒輪變位系數(shù)的齒輪傳動(dòng)，使最大滑動(dòng)率接近相等。由于軸及齒輪輪齒在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的受力變形及安裝誤差等影響，通過實(shí)際工作受力模擬計(jì)算，按實(shí)際工作狀況進(jìn)行齒輪修形設(shè)計(jì)。從而使齒輪齒面接觸良好，減少齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)中的振動(dòng)與偏差。

3）對減速機(jī)中最關(guān)鍵的棘輪和棘爪部分進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，由單棘爪接觸改進(jìn)為雙棘爪接觸（如圖1所示）。

TG231.1

B

1004-4620（2015）04-0078-01

2015-07-09

劉昌偉，男，1978年生，2001年畢業(yè)于山東工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè)。現(xiàn)為濟(jì)鋼煉鋼廠機(jī)動(dòng)科工程師，從事起重機(jī)及電梯設(shè)備管理工作。層產(chǎn)生裂紋，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，表層和深層裂紋會擴(kuò)展成網(wǎng)狀，點(diǎn)蝕坑就會加大，隨之而來的就是齒面大面積的剝落。