D140S 型减速机的失效与修复

浙江诸暨八方水泥公司2#水泥磨为Φ3 m×11 m中心传动闭路磨, 驱动装置采用 D140S- 5 型减速机。自1997 年该磨机投用后, 减速机曾发生过两次不同程度的运行失效, 由于修复措施得当, 保证了设备正常运转, 现将情况简单介绍, 供同类企业参考。

1、D型减速机的基本结构

D型减速机的基本结构如图1。

由图1可知, D型减速机由两级齿轮减速, 采用功率双分流传动的中心传动机构, 输入、输出轴位于同一中心线。其内部六个齿轮, 分配在四根轴上。驱动功率自减速机中心输入轴输入, 由一级小齿轮传送给两侧的一级大齿轮, 进行第一级减速。再由两侧齿轮轴上的二级小齿轮, 将功率均衡地传送给中心的平衡大齿轮。经两级减速后, 由中心输出轴输出。减速机运行时, 每一级都有两对齿轮同时啮合, 以分担承载功率。

减速机输出轴的主传动平衡大齿轮, 依靠与两侧小人字形齿轮的啮合作为第一支承点, 而另一支承点是输出轴上的弹性吊瓦。平衡轮两侧的每个小人字齿轮中间各套一定中环。定中环锲于平衡轮的中间轨道内, 在定中环与平衡轮的运行轨道之间留有 0.4～0.6 mm 的平衡间隙。减速机运转时, 两侧定中环在平衡轮中间的轨道内被带动转动, 用于调整平衡间隙, 以保证平衡齿轮与小人字齿轮轴之间的中心距。为控制双分流传动的负载均匀, 允许第二段大齿轮输出轴有小于 0.5 mm 的径向跳动。因此, 输出轴轴瓦、第二段大齿轮和输出轴联轴器都设置为弹性结构。

该减速机设有飞溅和强制润滑的双润滑系统。飞溅系统是靠第一级大齿轮把机体下半部油池里储存的润滑油甩到机盖顶部的两只油槽内, 并通过油管输送到各轴承和齿轮的润滑点；强制润滑系统则是将油从油池里抽出, 经过补充冷却、过滤后, 送到机盖顶部一侧 ( 左) 油槽, 再通过油管流向另一侧( 右) 油槽内, 使各齿轮和轴承得到更充足的润滑和冷却。

2、第一次失效与处理

2.1 减速机损坏状态

1998年5月, 检查设备润滑状况时发现减速机齿面产生点蚀, 但损伤轻微, 并不影响使用。当时分析认为, 可能是由于润滑油品质问题造成的, 后对油质进行了委托检验, 调整了润滑油, 磨机继续运转。

设备运行至同年 12 月, 减速机出现明显振动。经检测, 输入轴径向跳动量为 0.85 mm, 输出轴径向跳动达 1.85 mm。揭盖检查, 两侧小人字齿轮的四只轴承, 都发现有不同程度的裂纹。齿面点蚀加剧, 定中环与平衡轮之间的平衡间隙偏差较大。因怀疑减速机出现振动是轴承损坏造成的, 遂将轴承更换, 继续保持运转。可是, 运行不久, 减速机振动超限。揭盖检查, 发现平衡齿轮与小齿轮表面产生严重胶合, 平衡齿轮齿面已凹凸不平。

2.2 原因分析与处理

事故现场清楚表明, 齿轮胶合是因为失油造成的。检查减速机润滑情况, 发现二级小齿轮上部的两只布油槽油位高低相差较大。其中左侧一只油槽润滑油面已溢出槽面, 而右侧一只却油量极少, 连通两油槽的管子过油量很小。

针对上述现象, 分析认为: 连通油管管径偏小,仅为Φ32 mm, 造成过油量不足。又加上两只布油槽的油位高低相差较大, 引起润滑不到位, 无法保证平衡齿轮和二级小齿轮的润滑, 造成齿轮失油, 引起齿面胶合。基于这一分析, 采取了以下措施。

    (1)更改润滑油管。把连通两油槽的润滑油管由Φ32mm 更改为Φ65mm, 以增大过油量。

    (2)调整油槽布油面。两只布油槽油位悬殊是因油槽变形所致。故将两油槽整形使之达到同一水平面,以保证布油均衡。

    (3)为保证生产能够正常进行, 利用齿轮的非工作面作为工作面, 并相应改变磨机内部结构, 将磨机反向, 继续维持运行。

3、第二次减速机失效状况和原因分析

3.1 失效状态

2000 年4月, 减速机齿轮突然发出撞击声, 并出现周期性严重振动。人站在机旁震感明显。经检测, 振动值为0.1mm, 远超过减速机的规定振动值( ≤0.05mm) 。减速机输入轴径向跳动量达1.850mm,输出轴径向跳动达 2.15 mm, 远超过≤0.5 mm 的径向跳动量。开盖检查发现反向运行后的平衡齿轮和第二级的两只小齿轮, 表面磨损不大； 定中环基本完好, 但平衡轮中间轨道槽磨损严重, 轨道表面整圈出现麻点, 麻点周围材质已疏松。而且, 在轨道面上已产生了3 块 20～30 cm2, 深 3～5 mm 的脱斑； 整个轨道表面形成5mm 深的疲劳层, 设备已无法继续运行。

3.2 原因分析

    (1)材料机械性能的影响。平衡轮轨道材质为球墨铸铁(QT400),定中环材质为调质合金钢(40Cr) 。两种材料的机械性能对比见表 1。

平衡轮轨道和定中环采用等寿命设计。虽然QT400 有良好的耐磨性, 但由表 1 可见, 两者综合机械性能尚有较大差异。在长时间相互运动中, 受到摩擦、挤压、碰撞等多种复杂交变应力的作用, 材料性能的差异会导致平衡轮的首先损坏。

    (2)材料组织的影响。自第一次减速机失效, 反向运行之后, 平衡轮齿面未见磨损痕迹, 定中环表面基本完好, 平衡轮槽却磨损严重。这说明第一次对润滑系统的改造, 润滑油对齿面起到了保护作用。经检查发现, 定中环组织结构致密, 但是平衡轮轨道脱斑处却结构疏松、存在小气孔。在平衡轮存有质量缺陷的情况下, 长时间承受多种复杂的交变应力, 会破坏组织结构形成无规则脱斑。

    (3) 设备润滑系统缺陷。润滑系统仍然存在结构上的缺陷, 无法充分保证减速机在启动时得到充分润滑。尤其是在气温较低时,润滑油黏度较大、流动性差, 在没有经过充分预热时, 会导致接触表面出现干磨、碾压等非正常状况, 加剧失效进程。

4、第二次失效的修复方案和实施

4.1 修复方案 

为做到既节约理修费用、尽快修复, 又能保证设备正常运行。决定采取修复利用平衡轮, 重新配置定中环的修复方案, 具体如下。

    (1) 车去平衡轮轨道表面疲劳层, 加工出新的平衡轮轨道面；

    (2) 根据车削后的平衡轮轨道尺寸, 重新配置定中环；

    (3) 进一步改造减速机的润滑系统。

4.2、修复实施

4.2.1 车削平衡轮轨道

要保证定中环与平衡轮有良好的接触, 就必须重新恢复平衡轮轨道面。但由于整个轨道面已形成5mm 深的疲劳层且整个轮槽的材质都非常疏松,已无法再用。后经查询发现,平衡轮齿肩材质为40Gr Mo,综合机械性能与定中环相近；并且,在定中环两侧和平衡轮齿之间,恰好各留有12mm空隙,故大胆地利用了平衡轮齿的齿肩, 作为和定中环的接触面。对平衡轮轨道进行车削加工后,形成非接触面。为减少对原平衡轮的损伤, 尽量减少车削量。车削深度控制以车去原平衡轮轨道麻点为度, 见图 2。

 4.2.2、确定新定中环尺寸

定中环尺寸的准确度和加工精度, 是直接影响传动精度的关键。同时, 定中环和平衡轮接触面的配合精度, 直接影响到输出轴运行中的跳动量。为实现较为理想的加工精度和配合精度, 新定中环尺寸确定方法如下:

    (1)退掉减速机两侧小齿轮上旧的定中环；

    (2)安装好加工过的平衡轮；

    (3)将平衡轮齿肩接触面均分8等分点, 分别测出接触面与两侧小人字齿轮轨道面的8 个距离尺寸；

    (4) 根据多次测得的数据, 计算得出平衡轮齿肩接触面与小人字齿轮轨道面的距离尺寸平均值；

    (5) 根据已知定中环与轨道面的规范游隙, 确定定中环的具体尺寸；

    (6) 制作装配好新的定中环后, 两侧小齿轮安装就位。

4.2.3、强化润滑系统

    ( 1)改造润滑系统。在第一次对设备失效原因分析时, 只考虑到强制润滑系统的缺陷, 是造成设备失油的主要原因, 忽略了飞溅润滑的作用。经测量发现减速机内静态油面, 仅与一级减速大齿轮底部齿顶平齐； 这是因为强制润滑系统的回油管高度低造成的。为使各齿轮和轴承得到更为充足的润滑, 对润滑系统进行了改造。将减速机内回油管加高, 使回油管高度高过一级减速大齿轮底部一个半齿, 以增加减速机内部贮油量和油面高度, 充分发挥飞溅润滑的作用,见图3。

     (2) 强化润滑管理。根据现场实际情况, 延长了主减速机润滑油站在主电机开启前的工作时间, 确保润滑油顺畅流到减速机各个润滑点。同时对系统的电器连锁进行调整, 因在冬季润滑油油温高于20℃主电机才能启动。

5、效果

八方公司第二次减速机失效后, 修复方案从制定到实施, 包括外协加工, 总计耗时 10 d, 花费约2万元。设备修复后, 经现场测定: 两侧定中环与平衡轮接触面的游隙在 0.41～0.48 mm 之间, 符合规范规定。减速机运行平稳, 输出端径向跳动为 0.35 mm,减速机振动值为 0.035 mm, 均达到了设计要求。从修复使用至今已有数年, 减速机运行一直正常。

作者：刘仁德 , 斯毅军 , 郭洪钟

出处：《水泥工程》