立磨減速機輸入軸小螺旋傘齒輪打齒分析及改進措施

陳志強

（唐山冀東水泥股份有限公司，河北 唐山 063031）

0 前 言

本公司生料粉磨設(shè)備是德國萊歇公司生產(chǎn)的LM48.4立磨，磨機生產(chǎn)綜合臺時360t/h，生料分布電耗20kWh/t左右，配套磨盤直徑4800mm，磨輥形式為錐輥，數(shù)量4個，磨盤襯板形式為平盤，磨盤轉(zhuǎn)速26.09r/min。2016年11月經(jīng)過近6年時間的運轉(zhuǎn)，在運轉(zhuǎn)時由于主電機非負荷側(cè)瓦溫高造成系統(tǒng)連鎖停機，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)減速機輸入軸小螺旋傘齒打齒，被迫停機。該減速機為Flander公司產(chǎn)品，如更換進口螺旋傘齒，采購周期需要6個月左右，維修周期較長、備件費用相對較高，嚴重影響水泥生產(chǎn)銷售。綜合權(quán)衡考慮，經(jīng)研究將減速機拉到唐山某減速機維修中心解體、維修，將大小螺旋傘齒國產(chǎn)化，歷時三個月修復(fù)了減速機，節(jié)省維修費用，保證生產(chǎn)正常運行。

1 立磨配套電機減速機主要參數(shù)

電機型號：YRKK800－6，功率2700kW，轉(zhuǎn)速993r/min，額定電壓6000V。

減速機型號KMPS446，輸入功率2650kW，輸出轉(zhuǎn)速26.09r/min。KMPS系列減速機為錐齒輪——平行軸——行星齒輪三級減速傳動的結(jié)構(gòu)形式。減速機結(jié)構(gòu)（見圖1）。

圖1 減速機結(jié)構(gòu)圖

2 損壞部件

（1）減速機輸入軸小螺旋傘齒打齒（見圖2）。

（2）輸入軸后軸承（23244CCW33 C3）保持架損壞、滾動體變形嚴重，軸承內(nèi)套、外套損壞（見圖3、4、5、6）。

（3）輸入軸套軸承位出現(xiàn)跑圈現(xiàn)象、并出現(xiàn)裂紋（見圖7）。

（4）太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈嚙合面長度在100mm～130mm之間；太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈齒面出現(xiàn)不同程度的剝落，見圖8、9、10。

圖2 小螺旋傘齒打齒

圖3 保持架損壞

圖4 滾動體變形

圖5 軸承內(nèi)套損壞

（5）中間軸鼓形齒上面與內(nèi)齒套之間的球形密封接觸面環(huán)向磨損。

（6）減速機內(nèi)部使用軸承的滾動體、軸承內(nèi)外圈出現(xiàn)不同程度的密集碎屑壓痕。

圖6 軸承外套損壞

圖7 輸入軸套軸承位跑圈、開裂

圖8 太陽輪齒面剝落

圖9 行星輪齒面剝落

圖10 內(nèi)齒圈齒面剝落

3 原因分析

2016年11月4日06∶50，原料磨操作員發(fā)現(xiàn)原料磨主電機因供油壓力低造成主機聯(lián)鎖停機，主電機非負荷側(cè)軸瓦溫度達到63℃，電話通知原料磨崗位職工和機械巡檢師。他們對油站過濾器進行清洗后于7∶10開機，運行至8：04原料磨主電機非負荷側(cè)軸瓦溫度達到65℃聯(lián)鎖停機，停機后機械、電氣巡檢師共同對減速機和主電機檢查未發(fā)現(xiàn)異常，于8∶54再次開磨，電氣巡檢師巡檢時發(fā)現(xiàn)主電機軸向竄動大、電機振動較大，電氣巡檢師立即通知操作員停機，9∶06將原料磨主電機停機。

原料磨停機后，通過檢查發(fā)現(xiàn)主電機轉(zhuǎn)子整體向非負荷側(cè)移動約10mm。發(fā)現(xiàn)減速機高速軸小螺旋傘齒輪大端打齒，打齒長度占整個齒長1/3。由于小螺旋傘齒損壞較嚴重，已經(jīng)無法再使用，決定對損壞的螺旋傘齒輪副進行整體更換，聯(lián)系備件和維修單位。

原料立磨使用為KMPS446型減速機，立磨運行加載壓力控制在8MPa（80Bar）以內(nèi)，設(shè)計加載壓力為3MPa～10MPa（30Bar～100Bar），主電機運行電流最高未超出290A（主電機額定電流316.8A的90%以下），該減速機只有推力瓦瓦溫、減速機殼體處振動值及回油溫度有顯示，輸入軸處軸承溫度沒有監(jiān)測點，無法監(jiān)測軸承運行時的溫度。設(shè)備系統(tǒng)連鎖保護測溫、測振、測壓、金屬探測儀等電器保護系統(tǒng)一直運行安全有效，減速機振動保護值設(shè)定為4.5mm/s時報警，達到7mm/s時停立磨主電機，正常運轉(zhuǎn)時振動值一般在4mm/s以下；主電機瓦溫度最高不超52℃。

通過對原料立磨主電機電流、主電機軸瓦溫度、振動趨勢圖進行分析，在停機前立磨振動值及主電機電流未出現(xiàn)明顯變化。因此這次減速機損壞在運行電流曲線、振動值上表現(xiàn)不明顯，僅是出現(xiàn)了主電機非負荷側(cè)軸瓦溫度升高。根據(jù)減速機解體后分析，減速機故障損壞的原因主要有以下幾點：

（1）小螺旋傘齒輪打齒的主要是高速軸軸承（23244CCW33 C3）損壞導(dǎo)致大小螺旋傘齒接觸部位偏離中間位置，到達邊緣后由于超過極限而損壞，軸承損壞的主要原因為中間軸承（29340E）軸向游隙過大0.45mm（標準0.10mm～0.15mm），導(dǎo)致高速軸軸承承受的軸向力超過極限值，軸承單邊受力過大，潤滑不足導(dǎo)致軸承損壞。

（2）太陽輪、行星輪、內(nèi)齒圈齒面的嚙合長度在100mm左右，且偏下端，主要原因是內(nèi)齒圈與二級中間軸的同軸度存在偏差0.21mm。

4 實施解決方案

根據(jù)減速機出現(xiàn)故障損壞部位情況，研究總體修理方案原則是運到唐山某減速機維修中心，更換減速機內(nèi)部軸承，用國產(chǎn)螺旋傘齒替代進口螺旋傘齒，采購周期縮短且備件費大幅降低，維修過程及質(zhì)量可控。將內(nèi)齒圈支撐座的內(nèi)徑擴大0.40mm，調(diào)整內(nèi)齒圈與支撐座之間的相對位置，以保證內(nèi)齒圈與二級中間軸的同軸度，對內(nèi)齒圈、齒輪點蝕部位用油石打磨處理，具體方案：

（1）因內(nèi)齒圈與二級中間軸同軸度存在偏差，需將內(nèi)齒圈的支撐座內(nèi)徑擴大0.4mm，后調(diào)整內(nèi)齒圈與支撐座之間的相對位置，保證內(nèi)齒圈與二級中間軸同軸度在合格的范圍之內(nèi)。

①將內(nèi)齒圈與支撐座之間的連接螺栓全部松開，將內(nèi)齒圈支撐座內(nèi)孔擴大0.40mm，見圖11。

圖11 擴大內(nèi)齒圈支撐座內(nèi)孔

②將支撐座用連接螺栓及定位銷固定在減速機殼體法蘭，內(nèi)齒圈與支撐座之間用八條螺栓固定好。內(nèi)齒圈在機床上找正，以內(nèi)齒圈節(jié)圓為徑跳找正基準和以齒圈端面為端跳找正基準，通過調(diào)整內(nèi)齒圈與支撐座之間的相對位置，保證內(nèi)齒圈與二級中間軸下軸承位的同軸度，保證偏差在0.03mm以內(nèi)。

③回裝并緊固內(nèi)齒圈與支撐座之間的連接螺栓（注意拆解吊裝過程中內(nèi)齒圈與支撐座不要發(fā)生相對移動），為防止內(nèi)齒圈與支撐座之間移位，經(jīng)與設(shè)備廠家結(jié)合將8條螺栓不裝，利用原有的螺栓孔改為定位銷孔，定位銷的尺寸為φ50mm×150mm，見圖12。

圖12 原螺栓孔改為定位銷孔

圖13 確保密封作用

④用塞尺測量內(nèi)齒圈與支撐座的間隙量，保證內(nèi)齒圈安裝到位。

⑤內(nèi)齒圈與支撐座之間有φ7mm的O型圈起密封作用，由于將支撐座的內(nèi)經(jīng)擴大0.4mm，需將O型圈由φ7mm改為φ8mm以保證正常供油不泄漏。O型圈回裝后進行打壓試驗，若內(nèi)齒圈與支撐座結(jié)合面處有漏氣現(xiàn)象，用密封膠進行封堵，見圖13。

⑥經(jīng)檢驗合格后將內(nèi)齒圈與支撐座組件固定在減速機殼體法蘭上，按照力矩要求進行緊固。

（2）輸入軸套后軸承位出現(xiàn)跑圈及裂紋處理方案。

①加工前測繪輸入軸套筒內(nèi)孔兩個軸承位尺寸；保證鑲套完成后與原始內(nèi)孔尺寸及設(shè)計一致；

②輸入軸套筒外圈后軸承位去除炸裂層，探傷無問題后再進行鑲套；

③內(nèi)孔鑲嵌通長套并對輸入軸套筒兩側(cè)端面增加8個定位銷，定位銷位置成十字狀，確保鑲套材質(zhì)與母體一致；

④加工輸入軸套筒內(nèi)孔軸承位：上機床以輸入軸內(nèi)孔軸承位未磨損油道找正徑跳，要求跳動≤0.03mm，（進行機加工前軸承位尺寸φ360.02mm，后軸承位尺寸φ400.02mm；表面粗糙度為16μm）；

（3）太陽輪鼓形齒、行星輪、內(nèi)齒圈齒面出現(xiàn)點蝕、剝落的，用600目的油石打磨處理，探傷無裂紋后繼續(xù)使用。

（4）球形密封接觸面環(huán)向磨損，修復(fù)后繼續(xù)使用。

（5）該減速機出廠日期2003年，2003年～2012年斷續(xù)生產(chǎn)，從2012年開始連續(xù)生產(chǎn)，設(shè)備廠家技術(shù)人員建議減速機內(nèi)部軸承全部更換。

（6）減速機輸入軸后軸承處無測溫點，在此處增加測溫點，以監(jiān)測軸承運行溫度并參與報警及連鎖停機。

（7）清洗組裝試車。

①檢查推力瓦各部位沒有受到傷害，清洗并用壓縮空氣將潤滑供油孔吹干凈，保持暢通。

②用高壓清洗機對減速機內(nèi)部齒輪、軸承清洗，對安裝后軸承的游隙、竄動量、齒輪嚙合情況等必須符合圖紙技術(shù)要求，作好記錄并存檔。

③螺栓緊固按照標準要求緊固并做好防松措施。

④減速機安裝就位后，開啟潤滑系統(tǒng)2h循環(huán)，清洗檢查供油過濾器和回油過濾器的濾芯，保證供油過濾器前后壓差正常＜0.15MPa，回油過濾器無金屬異物。抬起磨輥，空載運行8h后檢查各運行參數(shù)正常后，液壓系統(tǒng)逐步加載（額定加載壓力的60%、70%、80%）分別生產(chǎn)運行12h、16h、24h，然后帶負荷正常運行，36h以后減速機地腳螺栓再次加溫防松緊固。

5 運行效果和啟示

現(xiàn)場運行帶載荷后電機電流值在280A左右（控制在額定電流316.8A的88%以下），減速機高速軸軸承溫度穩(wěn)定在55℃左右，高速軸處的水平、垂直振動值在1.2mm/s～4.0mm/s之間，供油壓力等均在安全運行指標范圍內(nèi)，輸入軸軸承運轉(zhuǎn)正常、螺旋傘齒嚙合面滿足要求。此次故障給我們啟示：（1）今后要定期對高速軸軸向游隙定期測量，初期每3個月檢測一次，如果超過標準值時，檢測周期要根據(jù)游隙變化趨勢、溫度、振動、嚙合情況進行跟蹤。當(dāng)實際游隙大于標準值0.1mm時，或軸承溫度、震動值、螺旋傘齒的嚙合情況發(fā)生變化時，需要對高速軸的軸向游隙進行調(diào)整，直至標準范圍內(nèi)為準。發(fā)現(xiàn)異常情況及時采取有效措施處理解決，保證減速機運行安全可靠性。（2）國產(chǎn)螺旋傘齒能夠替代進口螺旋傘齒并滿足生產(chǎn)需求。

參考文獻：

[1]KMPS446系列減速機安裝操作使用說明書[Z].

[2]水泥工業(yè)用硬齒面JLX系列立式磨 減速機（JC/T878.4-2001）[S].