擠壓造粒機輔助齒輪箱振動原因分析與處理

陳洪橋

（南京揚子檢維修有限責任公司，江蘇南京210048）

擠壓造粒機輔助齒輪箱振動原因分析與處理

陳洪橋

（南京揚子檢維修有限責任公司，江蘇南京210048）

擠壓造粒機輔助齒輪箱振動，解體檢查，齒輪箱內SL184930軸承損壞，滾珠變形，滾道出現凹坑，軸承內外表面干澀，軸頸表面金屬層剝落。

擠壓造粒機；齒輪箱；超越離合器；振動分析

0 概述

擠壓造粒機組是公司級控制關鍵機組，是由德國WP公司引進的ZSK300型雙螺桿擠壓造粒機，用于PP粉末的熔融混煉和造粒，該機組由主電機、齒輪箱（減速機）、混煉機、水下切粒機、電、汽加熱系統、潤滑系統、儀表控制系統等組成，其主要組成及技術參數見表1。其中齒輪箱由主齒輪箱和輔助齒輪箱組成。主齒輪箱主要是在機組正常運行的狀態下使用，輔助齒輪箱是在機組停車后或開車前用于機組的低速盤車。輔助齒輪箱（圖1）是通過4組傳動齒輪實現3級減速，其輸出軸是空心軸，主齒輪箱600#軸穿過空心軸與輔助齒輪箱連接，通過超越離合器實現動力傳遞。擠壓造粒機組主電機功率3150 kW，轉速1480 r/min；混煉機螺桿直徑Φ300 mm，長度5041 mm，螺桿轉速153 r/min，額定轉矩13 000 N·m，速比9.68；切粒機轉速800～900 r/min，功率72 kW。輔助齒輪箱內部見圖1。

1 故障現象

造粒機組輔助齒輪箱較大振動，振動幅度呈擺動狀態，機組無法正常運行而停車檢修。從振動現象上判斷[1]，主齒輪箱600#軸出現彎曲的可能性比較大，否則不會出現如此之大的擺動幅度，但是600#軸最小軸徑也有150 mm，常溫下若產生彎曲，除非受到非常大的外界作用力。從結構上分析，600#軸所承受的外力僅為輔助齒輪箱的重量，不足以導致600#軸彎曲。再就是軸頸上出現了高溫，軸頸在高溫和外力的共同作用下發生了彎曲變形。

打開輔助齒輪箱及主齒輪箱600#軸進行檢查，齒輪軸及軸承未發現問題，對主齒輪箱600#軸內部及外側打跳動值，也在正常范圍以內。解體輔助齒輪箱，拆卸檢查超越離合器，均未發現問題。打開600#軸與輔助齒輪箱連接處的軸承壓蓋，發現支撐軸承（型號SL184930）顏色異常。進一步解體檢查，將600#軸從輔助齒輪箱內抽出，發現SL184930軸承已經完全損壞，滾珠變形，滾道出現很深的凹坑，整個軸承內外表面干澀，顯然是受到高溫烘烤所致。拆卸軸承后檢查軸頸，軸頸表面金屬層剝落，軸承有跑內圈跡象（圖2）。對安裝在輔助齒輪箱內部的600#軸部分進行彎曲度的檢查，在軸承燒損處出現很大的彎曲量，與拆前判斷軸有彎曲的觀點吻合。檢查輔助齒輪箱內潤滑油，油位高度處于溢流口位置，符合要求。

圖1 輔助齒輪箱內部照片

2 原因分析

2.1 輔助齒輪箱的結構及工作原理

輔助齒輪箱內部有4根傳動軸，分別由2個軸承支撐；600#軸連接主齒輪箱與輔助齒輪箱，軸上總共有4個軸承，其中2個軸承安裝在主齒輪箱內部，伸出主齒輪箱的部分穿過輔助齒輪箱的空心軸與輔助齒輪箱連接，在輔助齒輪箱空心軸的內部也有2個軸承，非驅動側即為SL184930軸承，驅動側安裝超越離合器和另一支撐軸承。輔助齒輪箱工作時，空心軸帶動超越離合器連同600#軸一起旋轉實現動力傳遞，此時SL184930軸承內外圈一起旋轉，軸承僅起支撐作用；主齒輪箱正常工作時，600#軸旋轉，超越離合器在這種轉向下不傳遞動力，此時輔助齒輪箱不工作，SL184930軸承外圈不動內圈旋轉，軸承正常工作。

2.2 根據軸承損壞的表象分析輔助齒輪箱振動故障產生過程[2]

輔助齒輪箱空心軸內的SL184930軸承在缺油狀態下，由600#軸驅動高速旋轉，產生高溫，將滾珠表面僅存的少量潤滑油蒸干，軸承表面顯現出無潤滑油的狀態，潤滑條件進一步惡化，軸承溫度進一步升高，滾珠膨脹無法正常旋轉，滾珠由滾動摩擦轉變成滑動摩擦，軸承在滑動摩擦下溫度急劇上升，內圈膨脹，軸承內外圈抱死無法正常運轉，進而造成軸承內圈與軸產生相對滑動（軸承跑內圈）現象。軸承內圈與軸摩擦產生高溫，軸變軟，在外力的作用下發生彎曲，從而引起輔助齒輪箱的大幅度振動。若在造粒機組主齒輪箱啟動之前，SL184930軸承已出現損壞且運轉不暢，經過一段時間的運行，也會引起上面所述故障產生過程的一系列現象，但是在日常的狀態監測中，并未發現輔助齒輪箱振動逐漸變大的情況，初次停車之前也未出現輔助齒輪箱的異常振動情況，因此推論軸承的損壞應該是在啟動主齒輪箱正常開車之后發生的。根據開車前的故障監測可知，主齒輪箱啟動之初，輔助齒輪箱并未出現異常振動的狀況，證明振動故障出現前SL184930軸承是正常的。

2.3 造成滾動軸承損壞的主要原因

軸承工作環境變化（如潤滑不良等），軸承安裝不當（如軸承游隙調整不當、無軸向竄量等），軸承本身質量問題，軸承選型不當，軸承到達使用壽命周期。

2.4 滾動軸承損壞的原因分析

因為故障出現之前，雖然做過檢修，但是并未動到SL184930軸承，且以往運轉都正常，故不存在選型或安裝不當的問題。軸承已經使用了很長時間，不存在軸承本身質量的問題。因此，造成軸承損壞的原因極有可能是軸承已經到了使用的壽命周期或軸承的工作環境改變。軸承到了使用壽命周期出現故障的概率極?。ㄝS承更換僅有2年），并且通過日常的狀態監測是可以測量出來的，因為在日常的狀態監測中并未發現振動逐漸增大的情況，所以基本可以排除軸承到達正常使用壽命周期的情況。因此，只有軸承的工作環境發生了變化。一般軸承損壞，最有可能的原因就是軸承潤滑不良。

2.5 輔助齒輪箱的潤滑方式及過程

圖3 輔助齒輪箱進油口及溢流口

輔助齒輪箱的進油口是超越離合器端蓋蓋板中心上的油孔（圖3），潤滑油經由1根油管從主齒輪箱上引入，依次流經外側軸承及超越離合器，進入輔助齒輪箱內，直至油位達到一定高度后溢出，由下方的回油管流入主齒輪箱。首先得到潤滑的就是超越離合器外側的軸承，其次就是超越離合器。在油位達到溢流的高度后，輔助齒輪箱內大部分軸承都可以實現浸油潤滑，但仍有部分軸承浸不到油中，包括輔助齒輪箱輸入軸2個軸承和空心軸內部的SL184930軸承。輔助齒輪箱輸入軸2個軸承因與油箱內部直接相通，且暴露面積較大，在輔助齒輪箱運轉起來后即可獲得充分的濺油潤滑，并且輔助齒輪箱轉速較低，輸入軸負載較小，即使得不到充分潤滑，短時間內也不容易出現故障。輔助齒輪箱空心軸內部的SL184930軸承，雖然有油孔直接通往油箱內部，但即使油箱油位達到溢流高度，仍然無法得到浸油潤滑，只有依靠輔助齒輪箱長時間的運轉由第三級齒輪甩起的油通過油孔進入軸承內部，潤滑量較少。輔助齒輪箱工作時，600#軸通過超越離合器與輔助齒輪箱空心軸合為一個整體，同時旋轉，此時SL184930軸承僅起到支撐作用，滾珠相對軸承呈靜止狀態，可不需要潤滑。機組正常運轉時，主齒輪箱600#軸帶動SL184930軸承內圈高速旋轉，而輔助齒輪箱空心輸出軸是不工作的，此時SL184930軸承正常工作，需要提供正常的潤滑，在此工作狀態下，超越離合器旋轉帶起的潤滑油，通過安裝在軸上的泵油螺旋將油泵入SL184930軸承，以實現軸承的潤滑。

2.6 造成SL184930軸承缺油的可能原因

（1）主齒輪箱啟動前，輔助齒輪箱內無潤滑油或油位過低，通過輔機的盤車工作，SL184930軸承無法獲得足夠的油潤滑。

（2）主齒輪箱啟動后，因輔助齒輪箱內無潤滑油或油位過低，SL184930軸承無法通過超越離合器的旋轉和安裝在600#軸上的泵油螺旋獲得足夠的潤滑（圖4）。

（3）安裝在600#軸上的泵油螺旋不起作用，無法實現正常的泵油潤滑。

（4）以上3種原因可能會同時發生。

2.7 造成輔助齒輪箱內無潤滑油或油位過低的可能原因

（1）輔助齒輪箱的進油管堵塞，無法實現正常的供油。

（2）溢流管過低，輔助齒輪箱內油位無法達到正常工作的油位。

（3）油運時間過短，輔助齒輪箱內還未儲存足夠的潤滑油。

2.8 造成輔助齒輪箱內無潤滑油或油位過低的原因分析

故障出現前，曾經停車更換輔助齒輪箱的超越離合器，檢修過程需要排凈輔助齒輪箱內部潤滑油。出現故障后重新解體輔助齒輪箱，檢查油位正常，說明進油管并未堵塞；檢查溢流管，也處于正常的高度。但是考慮到初次檢修時的環境溫度，連續數天氣溫都在零度以下，出現油溫過低、油黏稠度增加的可能性較大，這就給輔助齒輪箱的注油增加了難度，注油速度比正常溫度時要慢的多，這也屬于進油管堵塞的一種現象，若仍按照正常油運時間操作，就會出現油位較低的情況，而如果在這種油位較低的情況下啟動主齒輪箱，必然會造成SL184930軸承的缺油損壞。但是這種油管堵塞的現象會隨著開車時間的增長而緩解，因為正常開車過程中只要油泵不停，其油溫就會不斷的上升，最終注油正常，事后檢查油管和油位時，也不會發現問題。因此，溫度較低的情況下，油運時間過短或按照正常油運時間開車，極有可能出現油箱內油位過低的情況，導致問題出現。

2.9 600#軸上泵油螺旋的分析

從設備的潤滑機理上來說，個人認為安裝在600#軸上的泵油螺旋，其旋向是錯誤的。按照目前的螺旋旋向，其泵油位置是螺旋前面的超越離合器，而超越離合器本身就是浸油潤滑，無需額外供油；從另一個方面來講，主齒輪箱運行后，螺旋后方實際上是無油可提供。而相反，其后方的SL184930軸承卻需要大量的潤滑油提供潤滑。日常開車未出現過類似故障的原因可能是正常開車后，會有大量的潤滑油會以不同的形式進入SL184930軸承，即使螺旋將油泵出，但仍有少量的潤滑油起作用，軸承不會因此損壞。

3 分析結果

出現設備故障的原因：初次檢修中，輔助齒輪箱內的潤滑油已經放盡，設備油運過程中，因為氣溫較低，潤滑油黏度大，供往輔助齒輪箱內的潤滑油油路不暢，速度較慢，油位沒有在預定時間內到達正常高度，而生產上急于開車，沒有適當延長油運時間，導致輔助齒輪箱內部油位過低，無法實現SL184930軸承的正常供油，因此造成軸承缺油損壞，繼而造成600#軸的彎曲，引起輔助齒輪箱的大幅振動。

4 解決措施

（1）按照正常的開車程序進行。設備油運→輔機盤車→主機開車，遇到氣溫較低的季節，設備油運及輔機盤車的時間適當加長，以提高油溫，確保各處油路通暢，保證各部軸承的正常潤滑。

（2）建議增加回油管的高度，以實現對SL184930軸承的浸油潤滑。

（3）建議改變泵油螺旋的旋向，以增大對SL184930軸承的供油量。

（4）定期進行設備的狀態檢測，發現問題及時處理。

（5）可考慮改進潤滑方式（如目前先進的油霧潤滑）來實現所有的軸承的浸油潤滑。

5 結束語

通過對輔助齒輪箱的解體檢查，找到了引起設備振動的原因，通過對輔助齒輪箱內部結構及潤滑機理的分析，了解到輔助齒輪箱內部各個部件的工作狀態以及設備內最易損壞的部件，還發現設備內部原有的設計缺陷以及外部環境溫度對設備潤滑的影響，并提出了解決問題的方法。

圖4 安裝在600#軸上的泵油螺旋

［1］屈梁生，何正嘉.機械故障診斷學[M].上海：上海科學技術出版社，1986.

［2］鮑明，趙淳生.齒輪箱故障診斷技術的研究[J].南京：南京航空學院學報，1992（5）：566-573.

〔編輯 凌瑞〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.14