平臺起重機齒輪箱零部件故障及維修

羅朝霞

（中海油能源發展裝備技術有限公司，天津 300452）

隨著我國海上石油開采以及貨物運輸等行業的不斷發展，海洋平臺起重機也得到了越來越廣泛的應用。而在海洋平臺起重機的具體應用過程中，齒輪箱內零部件的故障問題始終是一個有待進一步解決的問題。因此，在具體的應用與研究過程中，維修人員和技術人員一定要加強對齒輪箱中零部件問題的研究，明確其故障形式和原因。這樣才可以找到合理的對策來加以應對，以此來解決齒輪箱內零部件故障問題，保障海上平臺起重機的安全穩定運行。

1 海上平臺起重機和齒輪箱概述

1.1 起重機概述

按照結構形式來進行劃分，起重機主要分為輕小型起重設備、橋架式（橋式、門式起重機）、臂架式（自行式、塔式、門座式、鐵路式、浮船式、桅桿式起重機）、纜索式起重機。海上平臺起重機屬于臂架門座式起重機，此類起重機主要應用在海上石油等開采作業過程中的貨物運輸、人員吊裝、設備吊裝以及輔助修井等各種工程作業。海上平臺起重機的主要特點是安全可靠、具有很好的可維修性能，抗風性能良好，且耐腐蝕。同時，因為此類機械設備的起重能力非常大，制動性能非常良好，耐沖擊，且操作起來也十分便捷。所以在現在的海上運輸和吊裝工作中，此類起重機已經得到了越來越廣泛的應用。

1.2 齒輪箱概述

在海上平臺起重機中，齒輪箱是最關鍵的一個機械傳動組織，它在貨物的起吊過程中發揮著紐帶作用。就目前來看，應用在海上平臺起重機內的齒輪箱有很多種品牌，主要包括SCM、BRADEN、BREVINI 以及PAPKEN 等，其中應用比較廣泛的是SCM 這個品牌[1]。因為齒輪箱在海上平臺起重機的應用中所發揮的作用至關重要，所以在對起重機進行應用與維修的過程中，一定要充分重視齒輪箱的結構特征及其工作原理，然后找出其零部件失效的原因，這樣才可以有效解決其零部件失效問題，提升齒輪箱應用質量，保障海上平臺起重機的安全運行。

在齒輪箱內部，減速器是一個重要裝置，該裝置可以起到減小傳動軸速度的作用，以此來實現驅動軸扭力輸出的增加。目前性能較好的減速器是星式齒輪減速器，該減速器可以將齒輪作為傳動機制，通過液壓馬達將減速器內的太陽輪帶動，然后通過太陽輪對行星臂架上起到支撐的行星輪進行驅動，行星輪會和外部的齒環之間達到嚙合傳動效果，驅動連接在外部齒環上的輸出軸，以此來達到減速效果。具體應用中，齒輪系具體規格對其減速比有著決定性作用。

2 海上平臺起重機齒輪箱零部件故障分析

2.1 齒輪失效故障

齒輪失效問題有很多種，比如齒面磨損、齒面膠合、疲勞點蝕、輪齒折斷以及齒面塑性變形等，其中，最常見的一種失效形式就是輪齒折斷，該故障的主要原因是疲勞或者是過載。齒面疲勞所造成的損壞，其齒輪在斷口位置并不會出現顯著的塑性變形情況，而是呈現出月牙形，屬于常見的韌脆性過載斷齒現象。在加工和安裝的過程中可能存在精度控制不良，導致齒面出現了接觸不良現象，進而造成振動過大或者是偏載問題，在這樣的情況下，齒輪局部就會因為過載而被折斷。同時，如果圓弧圓柱的齒輪模數偏小，齒輪根部所受到的交變循環應力超出了材料自身的疲勞極限，輪齒就會由于疲勞而折斷，呈月牙形斷口，位置和齒端靠近[3]。但是如果齒輪比較大，齒輪和軸之間的你就賺及其彎曲變形會進一步加重齒輪搭接時的沖擊作用，這樣也很容易引起輪齒崩角情況發生。導致齒輪被折斷的原因有很多，其主要原因表現在以下幾個方面：第一是齒輪參數未得到合理設計，設計過程中如果選擇了模數偏小的齒輪，其根部的彎曲應力就會加大，進而使其發生斷裂。第二是機器過載，隨著機器生產力的增加，或者是設備老化等的很多情況，都會讓齒輪負荷不斷增加，最終使其因超載而發生斷裂。第三是齒輪在加工和安裝時的精度未達到實際要求。第四是齒輪材料選擇不當或者是熱處理工藝不當。

2.2 行星輪軸承失效故障

在行星輪的運行過程中，最常見的軸承失效情況包括缺損、裂紋、表面發生塑性變形以及疲勞剝落等情況。在齒輪箱內，圓柱滾子形式的軸承最為常用，而在齒輪箱的具體工作中，如果出現了嚴重的沖擊、過載情況，或者是軸承在熱處理過程中的工藝效果不佳等，都可能導致滾柱脫落。軸承失效問題有著非常復雜的形成機理，且很多因素都會對其造成影響，比如，和制造相關的影響因素有材料選擇因素、產品設計因素、制造質量因素以及制造工藝因素等；和使用相關的影響因素有選型因素、安裝因素、配合因素、密封因素、潤滑因素以及維護因素等[2]。

在此類齒輪箱中，圓柱滾子形式軸承在行星架上進行安裝，其內部軸向位置存在一定程度的錯位，主軸或者是主軸竄動所產生的力被傳輸到軸承上，這種力如果有著足夠大的竄動，就會給圓柱滾子形式的軸承帶來一定程度的沖擊作用，進而使其被劃傷或者是出現微剝落形式的損傷。除此之外，滾柱表面初夏掉塊或者是脫落情況的主要原因還包括芯部硬度過低、芯部顯微組織均勻性不佳、表面滲碳層的梯度和硬度變化過大以及滾珠沒有充分回火等。

2.3 軸間密封效果不佳

在齒輪箱的運行過程中，嚴重的漏油現象也將會引發齒輪箱失效。通常情況下，漏油問題主要發生在輸入軸或者是輸出軸的軸頸與軸蓋之間，屬于動面密封效果不佳所致。之所以會出現這樣的情況，是由于軸頸與密封件之間的結合面并未達到理想的密封效果，所以在一定的條件下就會出現漏油現象。在這樣的情況下，為有效避免減速器漏油對齒輪箱運行的不利影響，防止齒輪箱失效問題產生，就需要對新的密封裝置進行設計，通過合理的結構形式設計以及填充材料選擇來提升其密封效果。

2.4 轉盤齒輪箱失效故障

在海上平臺起重機的應用中，轉盤齒輪箱的失效故障原因有很多，比如制動器活塞中的星型密封圈被損壞、缸體環內的星型密封圈被損壞等，這些故障都會引起轉盤齒輪箱的大量漏油。在這樣的情況下，不僅會出現齒輪箱失效情況，進而影響到起重機的正常運行，同時也會對海洋環境造成比較嚴重的污染。因此，對于此類問題，現場維修作業人員應通過合理的措施來加以維修。

3 海上平臺起重機齒輪箱零部件故障維修與預防措施

3.1 齒輪失效故障維修

在對齒輪失效故障問題進行解決的過程中，主要應該從以下的幾個方面著手：

第一，為有效解決齒輪的疲勞斷裂問題，應注重材料的合理選擇，通過保障材料質量來保障齒輪質量，避免由于材料選取不當而導致的齒輪斷裂。同時也應該把握好加工以及安裝中的精度，并將其使用條件加以合理改善。通過這樣的方式，才可以讓齒輪斷裂問題從根本上得以有效避免，且這些方法也都比較方便。

第二，為了有效防止齒輪箱的齒輪在應用過程中再一次出現崩角斷裂情況，在材料選擇時，應選取比原來韌性抗沖擊性能更好的材料，并將熱處理工藝從原來的調質改變成滲氮淬火，這樣才可以使其應力極限值得到進一步的提升。同時應該在允許范圍內合理設計齒輪參數，將齒輪壓力角以及模數適當增加，增大齒輪根部較大應力區域的橫截面積，將輪齒根部抗彎曲強度提升。通過這樣的方式，就可以有效提升齒輪質量，避免斷裂等情況所引起的齒輪失效，并實現輪齒使用壽命的綜合提升。

第三，在對圓弧圓滾形式的齒輪與制造中，應適當將倒角尺寸加大，并修復好齒端銳角齒面。通過這樣的方式，才可以有效防止崩角損傷等的情況發生，避免齒輪箱失效。

3.2 行星輪軸承失效故障

為有效防治行星輪軸承失效故障，首先應注重選型與安裝的合理性，如果軸承選型不當或者是安裝使用不當，都會使其受到各種形式的損傷，最終導致失效，嚴重的情況下甚至會造成齒輪箱內其他零部件的損傷。如果行星輪內孔和外圈之間出現過盈配合量不夠或者是因為齒輪發生變形而導致兩者的接觸面縮小，外圈就會出現整圈磨損情況，所以，軸承選型以及安裝的合理性是避免其磨損、防止其出現失效故障的關鍵。為進一步確保軸承運行可靠，維修過程中也需要對其滾珠熱處理工藝加以改善，并根據實際情況進行安裝工藝的合理制定。其次是注重設計造型的更改，推薦使用圓錐滾子形式的軸承跨裝，并借助于預緊來實現來有效避免主軸軸向傳動給行星輪帶來的影響，同時，對圓錐滾子形式的軸承進行預緊，也可對其承載區做進一步的優化。另外，通過這樣的方式，也可以有效降低滾道應力，實現行星輪系自身剛度的進一步提升，對外部傳遞到齒輪箱內行星架一端的額外軸向應力，行星輪便可具備足夠的承受能力。最后，應該采用圓柱滾子軸承來替換原來的軸承，以此來提升齒輪箱的安全可靠運行性能。

3.3 軸間密封效果不佳的處理措施

在對此類問題進行解決的過程中，如果齒輪尚未失效，則不需要對齒輪軸進行更換，僅需要通過鍍鉻熱噴涂技術對磨損的部位進行修復即可。但是如果輪軸磨損嚴重，導致齒輪失效，此時就需要對輪軸及時進行更換處理[4]。

在對密封進行改造的過程中，一個關鍵點在于既不能出現滲漏情況，又要盡可能減少磨損和發熱情況[5]。隨著齒輪箱密封改進的深入，部分齒輪箱生產制造廠家已經研制出了各自的齒輪箱密封結構，其高速軸大多屬于非接觸形式的迷宮型結構；低速軸則因為油位很有可能接近甚至是超出油封面的情況，所以依然通過骨架油封來進行密封處理。在進行密封改進過程中，為了有效避免減速器出現箱體剖分面漏油情況，應該對其箱體進行水平剖分，且應該保障剖分面在油平面以上。通過這樣的方式，才可以有效避免漏油問題對齒輪箱的不利影響，避免齒輪箱在運行過程中出現失效故障。

3.4 轉盤齒輪箱失效故障的維修

在對此類故障進行維修的過程中，技術人員主要應通過以下幾點來進行：第一，將起重機的吊臂安置在休息臂上，機械隔離液壓閥并將其鎖定，然后做好油污清理工作。第二，通過油性記號筆做好檢修設備標記，然后將齒輪箱內的油放出并做好回收工作。第三，先將齒輪箱中的剎車進出液壓油管拆除并標記好，然后用布將其包好，避免雜物進入。第四，將馬達連接螺栓拆除，將液壓馬達拔出，通過麻繩固定好馬達，避免滑動和碰撞，第五，對機械部分的拆卸順序進行合理安排，按照從上到下的順序進行拆卸。第六，對機械進行清洗、檢查和測量，對于發現的破壞部分做好維修或更換處理。第七，在維修和更換好相應的設備后，應注意對維修部分做好標記，并在后續運行中持續觀察一段時間，保障各個連接點位置不出現泄漏現象。

4 結束語

通過分析可知，導致海上平臺起重機齒輪箱故障的原因有很多，所以在具體的齒輪箱設計、制造和維修過程中，技術人員一定要在明確其運行原理的基礎上對導致故障的原因進行全面分析，然后以實際問題為依據，采取合理的對策來加以預防。通過這樣的方式，才可以有效保障齒輪箱的正常運轉，為海上平臺起重機的安全穩定運行提供保障。