冶金橋式起重機(jī)減速機(jī)故障分析及預(yù)防

董立桐，李萬順

（天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

冶金橋式起重機(jī)是煉鋼生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備，而其主起升減速機(jī)是冶金橋式起重機(jī)的核心部分，其主要特點是作業(yè)率高、工作環(huán)境差、安全性能要求嚴(yán)格，如果發(fā)生事故將造成整個煉鋼生產(chǎn)線將處于癱瘓狀態(tài)。天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司（后稱聯(lián)合特鋼）煉鋼廠配置八部用于吊運(yùn)液態(tài)金屬的冶金橋式起重機(jī)。2019 年在對橋式起重機(jī)主起升減速機(jī)點檢時，發(fā)現(xiàn)鋼水跨3#橋式起重機(jī)主升降減速機(jī)存在設(shè)備隱患，經(jīng)查，減速機(jī)一側(cè)齒輪軸7 個齒的齒面有不同程度表面脫落，齒脫落面呈帶狀，長度約50～60 mm，發(fā)現(xiàn)問題后立即組織更換該起重機(jī)主升降減速機(jī)，并對換下的減速機(jī)進(jìn)行了全面拆解檢查。

1 冶金橋式起重機(jī)減速機(jī)結(jié)構(gòu)及參數(shù)

1.1 起重機(jī)減速機(jī)結(jié)構(gòu)

聯(lián)合特鋼八部冶金橋式起重機(jī)主提升減速機(jī)型號、參數(shù)相同，可通用互換，減速機(jī)設(shè)計采用“一”字型臥式圓柱齒輪減速機(jī)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由兩臺電機(jī)驅(qū)動，減速機(jī)兩個低速軸帶動兩個卷筒完成被吊物上升和下降作業(yè)。為了保證兩套驅(qū)動裝置運(yùn)行同步，減速機(jī)輸出軸采用同步連接齒輪過渡。

1.2 起重機(jī)減速機(jī)型號及參數(shù)

減速機(jī)型號為QZJY5000—53.33，減速機(jī)起重量為180 t，工作級別M7，最大起升高度24 m，減速機(jī)重量約為20 t，可正反兩向工作。

2 故障減速機(jī)檢查情況及原因分析

2.1 故障減速機(jī)檢查情況

2019 年10 月份，點檢員發(fā)現(xiàn)鋼水跨3#橋式起重機(jī)主升降減速機(jī)運(yùn)行時聲音異常、振動異常，在線打開檢修孔盤車發(fā)現(xiàn)兩根齒輪軸齒面硬度層有剝落情況，齒面出現(xiàn)大面積黏連性損壞，且損壞深度在1～2 毫米左右，尤其是左3 軸齒輪有7 個齒的齒面黏連性損壞面積達(dá)到50～80%，且損壞深度在1 毫米以上，運(yùn)轉(zhuǎn)時存在異響且噪音巨大超標(biāo)。圖1 為減速機(jī)各齒輪軸布置。

圖1 減速機(jī)各齒輪軸布置

針對上述問題，煉鋼廠于2019 年11 月24 日組織將該減速機(jī)整體更換，并組織專業(yè)技術(shù)人員對出現(xiàn)故障的減速機(jī)進(jìn)行全面拆解檢查。通過檢測儀器對齒輪軸、齒面進(jìn)行檢測。檢查發(fā)現(xiàn)的問題匯總?cè)缦拢?/p>

（1）手動盤車逐個齒輪檢查外觀情況，檢查發(fā)現(xiàn)左3 軸、右3 軸、右4 軸齒輪硬度層脫落，齒輪嚙合偏載出現(xiàn)嚴(yán)重的點蝕剝落、膠合，齒輪軸存在不同程度磨損，如圖2 所示。

圖2

（2）使用探傷儀對齒面齒根進(jìn)行磁粉探傷，檢查發(fā)現(xiàn)左2 軸、左4 軸、右4 軸、右3 軸齒面齒根發(fā)現(xiàn)疲勞裂紋，齒面嚙合偏向根部，存在點蝕磨損，如圖3 所示。

圖3

（3）對各部位軸承狀況檢查，發(fā)現(xiàn)部分軸承室與軸承配合存在誤差，軸承外圈有竄動現(xiàn)象，如圖4所示。

圖4

結(jié)合以上檢查情況，該減速機(jī)十組齒輪軸，除左1 軸、左5 軸、右 5 軸、右1 軸四套齒輪軸以外，其余六套齒輪軸均存在不同程度的缺陷以及軸承竄動情況，且齒面裂紋無法直觀發(fā)現(xiàn)，需要借助儀器才能檢測出來。

2.2 減速機(jī)故障原因分析

在減速機(jī)常見的故障缺陷中，齒輪、軸承失效或故障占比非常大，可達(dá)到80%左右。齒輪常見的失效形式有：齒輪磨損、齒面接觸疲勞、齒面點蝕、齒面剝落、斷齒等形式；軸承常見的失效形式有：疲勞剝落和磨損、過熱燒傷、竄動、抱死、零件損壞等形式。

結(jié)合減速機(jī)常見故障特點和對該減速機(jī)的檢查情況，針對齒輪軸出現(xiàn)的疲勞裂紋、齒面磨損、點蝕剝落、膠合情況，分析出可能原因如下：

2.2.1 軸承松動

軸承作為減速機(jī)重要的組成部分，常常處于連續(xù)高強(qiáng)度生產(chǎn)運(yùn)行，性能的高低直接影響減速機(jī)的壽命，導(dǎo)致軸承松動原因有以下幾種：

（1）主小車架承載結(jié)構(gòu)剛度不夠。主小車結(jié)構(gòu)受動載荷影響變形量大，導(dǎo)致減速機(jī)箱體變形超標(biāo)，軸承受力不均勻，齒輪軸平行度精度偏離，齒輪軸受軸向力導(dǎo)致齒輪軸軸向竄動。

（2）軸承與軸承室之間的配合不合理，容易引起軸承發(fā)生竄動情況。

（3）軸承室機(jī)械加工表面粗糙度不符合要求，軸承磨損不均勻，導(dǎo)致軸承松動。

（4）加工制造存在質(zhì)量問題。表現(xiàn)為加工基準(zhǔn)混亂，加工精度不達(dá)標(biāo)等，主起升機(jī)構(gòu)安裝精度不合格，造成減速記齒輪軸軸向竄動嚴(yán)重。

2.2.2 齒面失效

冶金機(jī)械中齒輪失效方式很多種，就我廠橋式起重機(jī)減速機(jī)失效的原因分析有以下幾個方面：

（1）減速機(jī)長期處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，受變載荷交替沖擊，齒輪嚙合不良，局部受力引起齒輪點蝕、膠合的失效情況。

（2）齒輪的齒面受到較大的接觸應(yīng)力，接觸應(yīng)力超過許應(yīng)力，同時又在多重載荷的作用下容易導(dǎo)致齒面發(fā)生裂紋，裂紋多發(fā)生在齒輪節(jié)線附近，嚴(yán)重時導(dǎo)致表層帶狀脫落。

（3）齒輪在重載狀況下潤滑油膜被損壞，齒輪齒面金屬面接觸粘接，導(dǎo)致齒輪接觸面在運(yùn)行方向出現(xiàn)劃痕。

（4）多數(shù)齒面已形成齒面疲勞裂紋，如上線使用，裂紋會逐漸擴(kuò)展，在循環(huán)工作應(yīng)力的作用下會出現(xiàn)齒輪點蝕剝落失效，進(jìn)而可能會造成更嚴(yán)重的后果，影響齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2.3 齒輪磨損

工業(yè)用齒輪在正常使用情況下，齒輪副磨損是緩慢的，隨著使用時間的增加，齒輪磨損是必然存在的，但非正常磨損主要表現(xiàn)以下幾個方面：

（1）加工制造質(zhì)量存在問題，齒輪配合不合格，造成齒輪嚙合不良磨損。

（2）熱處理工藝質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，造成齒面硬度不合格，造成齒輪磨損速度快。

（3）齒輪配合精度不達(dá)標(biāo)，齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)時不能正常嚙合，造成齒輪磨損。

（4）齒輪潤滑不良導(dǎo)致的齒輪磨損。如果潤滑油中雜質(zhì)較多，將影響齒面及軸承的潤滑效果，加速齒面嚙合磨損、點蝕剝落失效。

3 預(yù)防措施

通過對故障減速機(jī)的損壞原因分析，有針對性的對線上減速機(jī)制定預(yù)防措施，通過合理、科學(xué)的預(yù)防措施，延長線上減速機(jī)使用壽命，具體的預(yù)防措施如下：

（1）調(diào)整減速機(jī)潤滑油品，縮短潤滑油品更換周期，調(diào)整潤滑油的添加劑和粘度，對減速機(jī)箱體內(nèi)雜質(zhì)定期進(jìn)行清理，保障油品清潔度，并檢查減速機(jī)潤滑系統(tǒng)運(yùn)行情況，檢查各軸承潤滑進(jìn)油情況。

（2）定期全面檢查線上減速機(jī)軸承運(yùn)行情況對于出現(xiàn)劣化軸承進(jìn)行更換；復(fù)核各軸向間隙及時做出調(diào)整；調(diào)整齒輪嚙合度，滿足齒高方向≥50%齒長方向≥70%。

（3）定期全面檢查減速機(jī)齒面硬度，對于齒面硬度降低或失效的齒輪軸進(jìn)行更換或報廢處理。

（4）定期對在線設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，改善其工作環(huán)境和條件，對設(shè)備進(jìn)行細(xì)致、全面的檢查，如有劣化跡象應(yīng)及時得到處理。

（5）制作線下備件時，要加強(qiáng)監(jiān)制工作。一是要對加工過程中齒輪尺寸精度嚴(yán)格控制，提高齒輪軸安裝的精度，必要時對齒輪副嚙合做適當(dāng)?shù)男夼洹６牵瑧?yīng)通過提高軸承室加工精度、選用高品質(zhì)軸承、嚴(yán)控軸承安裝精度，提高軸承的使用壽命。

（6）加強(qiáng)技術(shù)人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)，提高業(yè)務(wù)能力及時、盡早發(fā)現(xiàn)軸承、齒輪軸劣化跡象。

4 結(jié)語

通過對出現(xiàn)問題的180 t 冶金橋式起重機(jī)主升降減速機(jī)下線后的拆解檢查和故障分析，發(fā)現(xiàn)減速機(jī)故障的主要原因是減速機(jī)齒輪軸出現(xiàn)的疲勞裂紋、齒面出現(xiàn)磨損和點蝕剝落。通過對減速機(jī)故障原因的分析研究，制定了冶金橋式起重機(jī)減速機(jī)使用和維護(hù)措施，對今后起重機(jī)的日常使用維護(hù)和點檢提供寶貴的指導(dǎo)性建議。