化工機械齒輪故障的維護方法研究

呂曉序 佟城城 高成鳳

摘要：齒輪作為某些化工機械的傳動機制，發揮著非常重要的作用，直接影響著化工機械的正常運行。所以當化工機械齒輪發生故障時，需要對其進行及時的維護。當前我國對齒輪的維護方式比較多，但是還不夠全面，有些維護方法比較局限，不具有廣泛性。于是文章將研究化工機械齒輪故障的維護方法，提出了兩種維護方式，分別為激光熔覆技術的維護和熱脹法的維護，這兩種維護方法各具特色，應用范圍較為廣泛，且其具有特殊性。然后再以球磨機作為研究對象，分析其齒輪出現的問題，再針對問題提出相應的維護方法，經過對球磨機齒輪故障的維護，維護效果比較明顯，使其又能繼續投入使用。

關鍵詞：化工機械;齒輪;故障;維護

中圖分類號：TQ050.7 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）12-0077-04

在化工機械實際的生產加工中，齒輪出現故障就直接影響到化工機械的傳動，就會造成化工機械的生產效率，從而減少了企業的效益。化工機械齒輪發生故障的主要形式有：齒輪折斷、變形、齒面點蝕、磨損、膠合等，這些問題的出現都會給化工機械造成一定程度的影響，需要及時的采取維護方法。傳統的維護方式包含著：鑲齒、變位齒輪、堆焊、更換齒輪等，這些方式對一般的化工機械齒輪能夠起到一定的作用，但是對于不同的化工機械齒輪出現的不同問題，需要有針對性的選擇合適的方式進行維護[1]。本文將研究化工機械齒輪發生故障后的維護方法，所以本文主要提出了兩種新的維護方法，然后再以某化工球磨機為研究對象，分析其齒輪出現的問題，然后才去合適的方式對其進行解決。本文的研究的目的在于分析更多的新方法用于化工機械齒輪故障的維護中，能夠達到很好的故障維護效果。

1 化工機械齒輪故障維護應用激光熔覆技術分析

激光熔覆技術就是在某物體表面加入熔覆材料，然后再用激光束將其與物體表面融為一體，物體的表面就被熔覆材料所覆蓋，可以增加物體的表面耐腐蝕、耐磨、抗氧化等作用[2]。

因為激光熔覆技術的有點比較突出，所以在工業領域中應用較為廣泛。它的應用目的主要在于3個方面，分別為快速成型、表面改性、表面修復。激光熔覆技術雖然應用較為廣泛，但是在對于齒輪的維護應用上卻比較少，因為激光器的功率比較小，對齒輪的維護效果不怎么樣。但是隨著科學技術的快速發展，如今大功率的激光器越發的普及，這樣讓齒輪維護上提供了一種新的方式。

化工機械有很多采用的是開式齒輪傳動方式，這種方式相對而言制造比較簡單，而且齒輪出現問題時能夠方便更換。但是化工機械一般情況下所工作的環境比較惡劣，會受到很大的荷載作用，而且還容易被腐蝕侵害、潤滑不良，化工機械在長期的工作之下，齒輪就會發生嚴重磨損情況[3]，如圖l所示。

傳統的對化工機械齒輪的維護方式可以起到一定程度的作用，但是隨著社會的發展，維護的要求變高，傳統的方式就會慢慢被新的方式所取代。激光熔覆技術有著很好的優勢，關注度比較高，它所設計到的學科領域也很多。激光熔覆的主要優勢如下所示[4-5]。

1）激光作用于物體表面時，熱影響區域很小，而且對物體的變形影響很小，也不會破壞物體的力學性能。

2）激光熔覆技術的應用很廣泛，很多材料都可以進行熔覆，幾乎沒有限制。

3）通過激光將熔覆材料與物體結合是冶金結合，所以強結合強度很大。

4）激光熔覆技術的操作比較容易收到控制，實現自動化比較容易。

5）覆蓋在物體表面的熔覆層結構很密實、也很穩定，能夠對物體表面起到一定的加強作用。

2 化工機械齒輪故障維護應用熱脹法分析

金屬或者合金本身會有一定的形變性能，熱脹法就是利用金屬的這種形變性能，通過在金屬表面施加一定的力量使金屬改變集合形狀而金屬自身不會受到損壞的一種方式。通過熱脹法維護零件的一般情況下時壓力加工的方式，其工作的對象是零部件而不是毛坯。這種方法的原理就是就是將零部件沒有工作的地方的部分金屬放到已經被磨損的部位，然后將磨損的部位進行恢復，即零部件恢復名義尺寸。所以通過使用這種方式就會改變零部件的外形，也會改變化工機械的結構和性能。將熱脹法運用到化工設備齒輪的故障維護中，我國已經有人在嘗試，但是目前還沒有出現完成的工藝維護方式。

本文以其他相關的工藝作為參考，提出了一種維護化工機械滲碳齒輪的方式。化工機械齒輪很多情況下是因為長期的磨損而導致齒輪表面出現磨損而失效，這時只是齒輪的表面被磨損掉一些材料，而化工機械的其他部位存在充足的材料可以供于磨損部位的填充。然后再設計合適的模具，對齒輪進行限制作用，以保證徑向自由度。比如以含有輪轂的化工機械為研究對象，使用加熱處理的方式讓齒輪和輪轂變形，此時齒輪的外形就會變大，然后再通過進一步的加工及熱處理，就可以制造出性能相同的齒輪。圖2即為熱脹法對化工機械齒輪故障維護的示意圖。

某些化工機械中含有側減速器，其中的被動齒輪很多情況下所采用材料為20Cr2Ni4A，硬度可以超過HRC57，但是在實際的運行過程中，一段時間后齒面會出現嚴重的磨損情況，如圖3所示。

出現這種現象時，必然需要給出合理的方式對其進行解決，有一種方式就是使用堆焊修復，這種方式就是在被磨損的齒輪表面焊接一層硬度非常高的材料已達到齒輪維護的作用。但是由于滲碳齒輪的含碳量非常高，會對堆焊工藝造成很大的影響，不利于施工和不能達到滿意的效果。為了達到滿意的效果需要消費高額的成本和復雜的工藝，而且施工會非常的困難，甚至無法完成，所以用這種方式對化工機械齒輪故障的維護是無法實施的。但是使用熱脹法能夠解決掉這些問題。不會因為零部件的材料而有所限制，操作較為簡單，而且還能夠節約成本，還有助于環保節能，能夠將材料循環利用。最重要的是熱脹法能夠很快、很明顯的將受損的齒輪進行恢復尺寸，且加工余量小，這種方式特別適合盤狀齒輪的維護。

3 球磨機齒輪故障的維護分析

3.1球磨機大小齒輪嚙合故障原因

以某在役球磨機為研究對象，該研磨機至今已使用了大約三年的時間，期間小齒輪因為損壞已經更換，但是也存在輕微的振動，后來，小齒輪和軸承被損壞，進行了及時的修理，再投入使用，現在小齒輪又在此的被損壞了。

通過對球磨機的故障進行檢測，最后的檢測結果如表1所示，從表1中可以分析得出球磨機的大齒輪徑向跳動量、齒頂和齒測間隙不符合規范，全部都超過了球磨機的安裝允許范圍。

通過的檢測結果可以分析出球磨機大小齒輪主要存在以下兩種問題：

1）大齒輪的接頭跳動量比較大，大約高出標準值的50%，究其原因是大齒輪的齒面上所受到的荷載分布不均勻所造成的。檢驗的方式就是在大齒輪的齒面上涂抹上紅丹粉，然后再讓其運行，發現大齒輪大約有25%的齒面接觸斑點比較少，并且，主要集中在一半的齒輪上，出現這種現象的原因就是大小齒輪的嚙合程度不好，就會造成小齒輪較少的部分反而承受更大的荷載，在運行過程中過不了對久就會被損壞。然后再進一步的檢測，出現大齒輪的這種問題主要原因就是大齒輪的毛坯件其內部存在的應力還沒有消失，將其運用到球磨機上時這種應力就會繼續的釋放，從而導致大齒輪應力沒有釋放完的那部分出現變形的現象，齒輪的形狀發生了變化，齒輪的接頭處就會發生比較大的跳動現象。當小齒輪與受到變形的大齒輪嚙合時，齒面就會存在荷載不均勻，并且壓應力集中現象，小齒輪長時間的運行必然會受到疲勞，當達到一定時間后，小齒輪就會被損壞，這樣就會減少小齒輪的使用壽命。

2）大齒輪和小齒輪的基準軸線不在一水平面上。檢測的方式是壓鉛法，該方法可以直接有效的反映出大齒輪和小齒輪的基準軸線不在同一水平上。然后再對球磨機進行檢測，發現小齒輪的安裝不夠牢固，大齒輪負有很大的荷載會對小齒輪產生擠壓。小齒輪的承軸座就會隨著時間的流逝而發生位移，從而造成小齒輪與大齒輪的基準軸線發生移動。兩者的基準軸線不平行，其在嚙合的過程中，齒頂就會承受過大的力量，這種原因也會致使小齒輪發生損壞。

3.2大小齒輪嚙合的修護方式

1）針對大小齒輪的接觸面出現斑點的的修護方式。采用的方式為手動磨削，該方式操作比較簡單，就是對斑點較少的大齒輪齒面凸起來的地方將其磨削，大齒輪的飛邊地方也要進行削平。此方法對大小齒輪嚙合程度有所提高，沒修護前，接觸面斑點是50%，修護之后可以達到80%，其嚙合改善還是比較明顯的。

2）針對大小齒輪的軸線不在一個水平面上的處理方式。首先是需要計算出齒頂間隙的數據，然后再根據相關數據對大小齒輪軸向進行調整，調整的方式有兩種，如圖4所示。第一種方式就是對大齒輪的軸線進行調整，不改變小齒輪的軸線。這種方式的調整，因為大齒輪與球磨機的軸線是重合的，就要對球磨機的前軸瓦座進行移動，移動的距離為2.317cm，由于這個移動的距離比較大，就會很大程度的增加調整的時間，而且好需要重新采取刮瓦處理。此方法過于麻煩，不利于操作，且耗時長，所以不適于此軸線平行度的調整。第二種方式就是對小齒輪的軸線進行調整，不改變大齒輪的軸線。該方式就是對小齒輪的軸承進行調整，然后通過壓鉛法測定齒頂間隙，看大小齒輪的軸線是否在一水平，該平行度也不需要完全的平行，只需要達到一定的允許范圍。該方式能夠很好的調整兩個軸線的平行度，但是也存在缺點，就是要對小齒輪軸承座、慢速盤車裝置、球磨機主電機都要進行調整，調整的地方就比較多，但是相比于第一種方式，該方式更加的有效，簡單，所以該球磨機的大小齒輪嚙合調整采取第二種方式。

表2為調整好周基準線后的齒輪嚙合情況，從表中可以看出，調整后的大小齒輪嚙合情況能夠達到標準要求。從表2中可以看出齒頂間隙測量的平均值超過了參考標準的值，但是超出的程度不大，對大小齒輪的嚙合產生的影響可以忽略不計。

通過上述對大小齒輪嚙合的維護之后，為了防止小齒輪的軸承受到較大的荷載作用，以免造成大小齒輪的軸線又不在一水平上，采取了用鋼板通過焊接的方式安裝在小齒輪的軸承座上，為了讓軸承更加的固定，從而能夠抵抗大齒輪對小齒輪的徑向推力。

從上述對球磨機齒輪的維護可知，除了大齒輪跳動超出允許范圍沒有進行維護之外，其他的問題都已經解決，為什么只對該問題沒有解決呢？其中最主要的原因在于齒輪已經變形了，該問題比較嚴重，一些簡單的人工操作沒法對這個問題進行維護。通過對球磨機齒輪的維護，球磨機又能再次的被運用于加工生產中，且維護過后的球磨機運行比較平穩，之前會存在振動現象，維護后的球磨機現在基本上沒有了，能夠達到正常運行的目的。

4 結語

本文通過將激光熔覆技術和熱脹法運用于化工機械齒輪故障的維護中能夠發揮比較好的效果，并且其各具優勢，能夠廣泛的應用與不同的齒輪中。通過對球磨機進行案例分析，提出齒輪的問題，然后在針對問題找出合理的解決方法，最后的維護結果能夠讓球磨機再次的投入使用。將來，科學技術將會越發的發達，解決化工機械齒輪故障的維護方式將會更加的豐富多樣，并且修復效果將會更加的優異，文章只是對化工機械齒輪提出了兩種維護方法，還是不夠全面。

參考文獻

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