張秀全1，張中國2

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輥磨減速機(jī)輸出法蘭螺栓和銷子斷裂分析及解決措施

Analysis and Solution of Crack on Roller Mill Gear Reducer Output Flange Bolt and Bin

張秀全1，張中國2

摘 要：水泥輥磨減速機(jī)行星架與輸出法蘭盤聯(lián)接螺栓和傳遞扭矩銷子松動(dòng)斷裂，引起故障停機(jī)，經(jīng)研究采取現(xiàn)場解體檢查，拆卸更換行星架與輸出法蘭盤聯(lián)接高強(qiáng)螺栓，配鉆、擴(kuò)、鉸孔，配制提高傳遞扭矩強(qiáng)度的銷子等措施，現(xiàn)場快速修復(fù)了減速機(jī)。

關(guān)鍵詞：輥磨減速機(jī)；螺栓和銷子斷裂；故障分析及解決

冀東水泥（煙臺(tái)）有限責(zé)任公司水泥粉磨系統(tǒng)是水泥CKP240輥磨+ φ4.8m×9.5m球磨的聯(lián)合粉磨系統(tǒng)，磨機(jī)生產(chǎn)綜合產(chǎn)量210t/h以上，水泥單位電耗32kWh/t左右，配套輥磨磨盤中徑2 400mm，3個(gè)輪胎磨輥，磨盤轉(zhuǎn)速：33.5r/min，經(jīng)過3年半多的運(yùn)行，2014年5月檢查發(fā)現(xiàn)減速機(jī)行星架與輸出法蘭盤聯(lián)接螺栓和傳遞扭矩剪切銷子斷裂，被迫停機(jī)。如整機(jī)返廠修理至少需要2個(gè)月，而且運(yùn)費(fèi)和修理費(fèi)用較高，嚴(yán)重影響旺季水泥生產(chǎn)銷售。經(jīng)過研究，采取現(xiàn)場解體檢查，拆卸更換減速機(jī)行星架與輸出法蘭盤聯(lián)接高強(qiáng)螺栓，配鉆、擴(kuò)、鉸孔，配制提高傳遞扭矩強(qiáng)度的銷子等措施，現(xiàn)場僅用8d時(shí)間即快速修復(fù)了減速機(jī)，節(jié)省了維修費(fèi)用，保證了正常生產(chǎn)運(yùn)行。

1　輥磨配套電機(jī)及減速機(jī)主要參數(shù)

電機(jī)型號(hào)：YRKK710-6，功率：2 240kW，轉(zhuǎn)速：994r/min。

減速機(jī)型號(hào)：JLP220-WXA，輸入功率：2 300kW，速比：29.6。JLP系列減速機(jī)為錐齒輪—平行軸—行星齒輪三級(jí)減速傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式。減速機(jī)結(jié)構(gòu)見圖1，行星架與輸出法蘭盤通過16根M42高強(qiáng)聯(lián)接螺栓和12 個(gè)φ50mm圓柱銷子連接組裝而成。

圖1　減速機(jī)剖面圖

2　損壞部件

在拆卸過程中發(fā)現(xiàn)有以下部位發(fā)生局部損壞：

（1）減速機(jī)行星架與輸出法蘭盤的4組16條聯(lián)接螺栓全部切斷（圖2、3）。

（2）行星架與輸出盤的12條傳動(dòng)銷每條分別斷裂成3段，銷軸孔變形為橢圓（如圖4、5）。

（3）三級(jí)內(nèi)齒圈有兩個(gè)齒端面局部掉落25～30mm左右，有一個(gè)齒出現(xiàn)局部裂紋（如圖6、7）。

（4）行星輪有兩個(gè)齒端面局部掉落20mm左右。

（5）二級(jí)齒輪軸的聯(lián)軸器外齒有6個(gè)齒端面局部掉落20～30mm左右，有3個(gè)齒塊出現(xiàn)局部裂紋。

（6）行星架中心壓蓋內(nèi)球面支撐銅帽碎裂損壞。

圖2　行星架內(nèi)斷裂螺栓和銷子孔

圖3　斷裂螺栓

圖4　傳動(dòng)銷變形斷裂

圖5　斷裂銷子

圖6　內(nèi)齒圈和聯(lián)軸器局部斷齒　

圖7　行星輪局部斷齒

圖8　磨機(jī)運(yùn)行曲線

3　原因分析

2014年5月13日，水泥A磨避峰運(yùn)轉(zhuǎn)后，再次開啟油站，所有參數(shù)均顯示正常，開啟輥磨后發(fā)現(xiàn)，減速機(jī)輸出盤密封迷宮有多處摩擦產(chǎn)生火花，隨即通知中控室操作員立即停磨，5min左右輸出盤迷宮處已磨得通紅，到現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)減速機(jī)輸出盤密封相對(duì)殼體錯(cuò)位近10mm，輸出盤法蘭聯(lián)接螺栓切斷，進(jìn)一步拆下每段壓板，抽出圓柱銷子，發(fā)現(xiàn)每個(gè)銷子分別斷裂成3段（若不抽出圓柱銷子無法發(fā)現(xiàn)斷裂情況）。

水泥線輥磨使用JLP220型減速機(jī)，輥磨運(yùn)行加載壓力嚴(yán)格控制在10MPa以內(nèi)（設(shè)計(jì)加載額定壓力為12MPa），主電機(jī)運(yùn)行電流控制最高未超出140A（為保護(hù)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，操作控制在額定電流158A的90%以下），設(shè)備系統(tǒng)連鎖保護(hù)測溫、測振、測壓、金屬探測儀等電器保護(hù)系統(tǒng)一直運(yùn)行安全有效，減速機(jī)保護(hù)振動(dòng)值設(shè)定為3.5mm/s時(shí)抬輥，達(dá)到5mm/s時(shí)停輥磨主電機(jī)，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)值一般在2.8mm/s以下；減速機(jī)推力瓦溫度最高≯52℃，屬于安全運(yùn)行溫度。

由圖8可以看出，在停機(jī)前輥磨振動(dòng)值及上下腔壓力未出現(xiàn)任何異常變化，僅是輥磨主電機(jī)電流在停機(jī)前6min出現(xiàn)小幅度增大（但未超過額定值），而在輥磨正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也經(jīng)常會(huì)因物料粒度的變化出現(xiàn)主電機(jī)電流的波動(dòng)，因此此次減速機(jī)損壞在運(yùn)行曲線上表現(xiàn)不明顯，僅僅出現(xiàn)了減速機(jī)迷宮摩擦。根據(jù)現(xiàn)場解體情況分析，減速機(jī)故障損壞的原因主要有以下幾點(diǎn)：

（1）主要是由于承擔(dān)減速機(jī)行星架與輸出法蘭盤聯(lián)接的傳動(dòng)扭矩和剪切力的圓柱銷與孔配合出現(xiàn)松動(dòng)，導(dǎo)致圓柱銷及孔磨損，圓柱銷受力不均衡先后出現(xiàn)斷裂所造成的，進(jìn)而導(dǎo)致聯(lián)接螺栓承擔(dān)過大扭矩剪切力斷裂，屬于裝配質(zhì)量原因引起的故障。

（2）聯(lián)接螺栓切斷導(dǎo)致行星架下沉，改變了行星輪及太陽輪原有的嚙合受力點(diǎn)，造成齒輪部分嚙合齒面的局部剝落損壞。

圖9　二級(jí)中間軸與斜齒輪組件　

圖10　二級(jí)中間軸

圖11　大齒圈與支撐座組合找正　

圖12　大齒圈與支撐座同配鉸

4　解決措施

圖13　大齒圈與支撐座組合安裝

根據(jù)減速機(jī)出現(xiàn)故障損壞部位情況，為節(jié)省修理時(shí)間，降低維修費(fèi)用，便于監(jiān)督修理過程質(zhì)量，決定現(xiàn)場就地修理。拆卸更換斷裂的16個(gè)M42-8.8級(jí)高強(qiáng)聯(lián)接螺栓，因原傳遞扭矩12個(gè)φ50mm圓柱銷子孔磨損橢圓變形，采取提高圓柱銷強(qiáng)度辦法，配鉆、擴(kuò)、鉸孔，配制圓柱銷子，修磨局部斷裂齒部位使之低于工作嚙合面，輸出法蘭盤密封迷宮變形修理圓度，避免安裝運(yùn)行中出現(xiàn)刮卡摩擦。具體方案：

（1）因二級(jí)中間軸外齒斷齒損壞，更換二級(jí)中間軸，并調(diào)整與二級(jí)齒輪軸接觸嚙合面積及軸向間隙量再組裝。

a二級(jí)中間軸（與斜齒輪配合處）尺寸φ362mm+0.33，斜齒輪孔為φ 632H7（+0.057）過盈配合。采取電加熱即保溫箱內(nèi)逐步升溫加熱，控制溫差至齒輪表面170℃，斜齒輪內(nèi)孔直徑膨脹量=0.000 012×φ362×ΔT （170℃-10℃）=0.695mm，保溫1h后實(shí)際測量斜齒輪孔膨脹后公差尺寸，按照原齒輪工作嚙合面方向標(biāo)記后與軸進(jìn)行裝配。檢測上下軸承NSK23072CAE4和 NSK23152CAE4（二級(jí)中間軸和斜齒輪組件見圖9、圖10）符合使用技術(shù)要求。

b二級(jí)齒輪軸上部兩組合軸承碎裂，更換FAG32244A與同心套隔環(huán)組合裝配后，用百分表測量軸向間隙量，通過調(diào)整修磨同心套隔環(huán)，保證軸向間隙量在0.20～0.40mm，符合技術(shù)要求，下部軸承NU2252符合使用技術(shù)要求。

c二級(jí)中間軸上部軸承座鉆孔、攻絲后安裝測溫電阻，以便運(yùn)行監(jiān)測溫度狀態(tài)變化。

（2）大齒圈的更換組裝。

a按照?qǐng)D紙技術(shù)要求大齒圈與支撐座找正（如圖11）。大齒圈固定在數(shù)控龍門銑床，找正外圓，打百分表偏差≯0.02mm，將支撐座與大齒圈組配起來，按照?qǐng)D紙支撐座φ2 120mm外圓的找正帶，打百分表偏差≯0.03mm，大齒圈內(nèi)圓偏差≯0.05mm，將兩工件點(diǎn)焊固定。

b將大齒圈與支撐座兩組合工件在鉆床固定，找正同配鉸（如圖12），先對(duì)稱鉆兩孔并攻絲后用M36螺栓連接固定，先鉆φ40mm孔，再擴(kuò)孔至φ44mm，然后鉸孔至φ45mm，按照各標(biāo)記孔配制銷子。

c大齒圈與支撐座組合裝配后，按照拆裝記號(hào)標(biāo)記，將組合件找正安裝固定在減速機(jī)殼體法蘭（如圖13）。

（3）減速機(jī)行星架與輸出法蘭盤找正同配鉸組裝。

a清洗各零部件，安裝找正減速機(jī)行星架與輸出法蘭盤同心度，測量、調(diào)整兩件的安裝垂直止口間隙均勻，誤差≯0.10mm（如圖14）。然后用8個(gè)M42螺栓對(duì)稱把緊減速機(jī)行星架與輸出法蘭盤，原則上行星架與輸出法蘭盤結(jié)合面無間隙（考慮拆裝變形，水平結(jié)合面用0.03mm塞尺檢測≯10mm深度為合格）。

b因原銷孔嚴(yán)重變形，同時(shí)，為了提高剪切圓柱銷子強(qiáng)度，利用搖臂鉆床Z3080×28B將傳動(dòng)銷孔直徑由原來的φ50mm擴(kuò)大至φ59mm，再鉸孔至φ60mm；將φ60mm沉孔擴(kuò)大至φ 65mm便于找正安裝。

c按照已配鉆、擴(kuò)、鉸銷孔作好順序標(biāo)記，分別對(duì)應(yīng)標(biāo)記配制加工磨削12個(gè)材質(zhì)40Cr、熱處理硬度HB= 300的內(nèi)羅紋圓柱銷子，配磨尺寸φ 60H7/K6mm。

d減速機(jī)輸出法蘭盤密封迷宮在立車床上找正，保證每道溝槽直徑尺寸符合安裝要求，將每道溝槽變形多余部分車掉，保證與減速機(jī)殼體密封迷宮組合后不發(fā)生干涉摩擦。

e為保證裝配順利，所有配磨內(nèi)螺紋圓柱銷子放置在-10℃冰箱中冷卻收縮3h后，再分別按照標(biāo)記對(duì)稱裝配。

f測繪制作行星架中心壓蓋內(nèi)球面支撐銅帽并找正安裝牢固。

g修磨發(fā)生局部斷齒的行星輪及太陽輪齒型聯(lián)軸器外齒，敲掉發(fā)生裂紋的斷齒，防止安裝后在運(yùn)行過程中掉下繼續(xù)損壞其他部位，其余斷齒部位修磨低于工作接觸面，防止運(yùn)行中受力損壞其他齒面。

（4）清洗組裝試車

a清洗并用刮刀刮研行星架滑動(dòng)軸承工作面劃傷痕跡，達(dá)到接觸面積技術(shù)要求精度；檢查推力瓦各部位沒有受到傷害，清洗并用壓縮空氣吹通潤滑供油孔，保持暢通。

b用高壓清洗機(jī)清洗減速機(jī)內(nèi)部各齒輪、軸承，并測量檢查間隙和外觀磨損情況，作好記錄，符合技術(shù)要求的軸承清洗后繼續(xù)使用。

c各零部件組裝后要作好螺栓緊固防松措施，對(duì)減速機(jī)輸出法蘭盤與行星架聯(lián)接螺栓（原螺栓帽帶有交叉兩個(gè)φ8mm串鋼絲防松孔，從斷裂掉下的螺栓帽斷面看，此孔減弱了螺栓強(qiáng)度，本次更換為螺栓帽不帶串鋼絲孔的高強(qiáng)螺栓）緊固后，用φ10mm鋼筋圍成圓圈與其焊接固定，防松效果更好。磨盤與減速機(jī)輸出法蘭盤聯(lián)接螺栓也采取用鋼筋圍成圓圈與其焊接固定的防松辦法。

d減速機(jī)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，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(yùn)行8h，檢查各種運(yùn)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%）分別運(yùn)行12h、16h、24h，然后帶負(fù)荷正常運(yùn)行，36h以后減速機(jī)地腳螺栓再次加溫防松緊固。

圖14　兩件組合找正

圖15　把緊兩件

圖16　輸出法蘭盤密封迷宮及加工修正

5　運(yùn)行效果和啟示

現(xiàn)場帶載荷運(yùn)行后電機(jī)電流值在130A左右（控制在額定電流158A 的90%以下），減速機(jī)推力瓦測溫最高穩(wěn)定在54℃，測振值在2.5mm/s以下，供油壓力等均在安全運(yùn)行指標(biāo)范圍，輸出盤迷宮密封沒有金屬摩擦聲音，現(xiàn)場僅用8d時(shí)間即快速修復(fù)了輥磨減速機(jī)，節(jié)省了維修費(fèi)用，保證了正常生產(chǎn)運(yùn)行。

此次故障給我們的啟示：應(yīng)定期對(duì)各儀表測點(diǎn)的真實(shí)準(zhǔn)確性進(jìn)行核對(duì)，確保安全有效，起到安全保護(hù)作用；應(yīng)調(diào)整優(yōu)化工藝操作參數(shù)，進(jìn)一步減輕輥磨振動(dòng)，減少對(duì)傳動(dòng)設(shè)備電機(jī)減速機(jī)等的沖擊振動(dòng)影響；同時(shí)也要定期對(duì)傳動(dòng)銷及連接螺栓的松動(dòng)、斷裂等情況進(jìn)行檢查緊固或更換，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)采取有效措施，保證螺栓和銷軸完好且裝配緊密牢固，確保減速機(jī)運(yùn)行安全可靠。

中圖分類號(hào)：TQ172.632.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-6171（2016）01-0081-04

通訊地址：1唐山曹妃甸冀東裝備機(jī)械熱加工有限公司，河北 唐山 063020；2冀東水泥（煙臺(tái)）有限責(zé)任公司，山東 煙臺(tái) 265500；

收稿日期：2015-06-10； 編輯：趙 蓮