羅朝霞

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300452）

隨著我國(guó)海上石油開采以及貨物運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的不斷發(fā)展，海洋平臺(tái)起重機(jī)也得到了越來越廣泛的應(yīng)用。而在海洋平臺(tái)起重機(jī)的具體應(yīng)用過程中，齒輪箱內(nèi)零部件的故障問題始終是一個(gè)有待進(jìn)一步解決的問題。因此，在具體的應(yīng)用與研究過程中，維修人員和技術(shù)人員一定要加強(qiáng)對(duì)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(duì)策來加以應(yīng)對(duì)，以此來解決齒輪箱內(nèi)零部件故障問題，保障海上平臺(tái)起重機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 海上平臺(tái)起重機(jī)和齒輪箱概述

1.1 起重機(jī)概述

按照結(jié)構(gòu)形式來進(jìn)行劃分，起重機(jī)主要分為輕小型起重設(shè)備、橋架式（橋式、門式起重機(jī)）、臂架式（自行式、塔式、門座式、鐵路式、浮船式、桅桿式起重機(jī)）、纜索式起重機(jī)。海上平臺(tái)起重機(jī)屬于臂架門座式起重機(jī)，此類起重機(jī)主要應(yīng)用在海上石油等開采作業(yè)過程中的貨物運(yùn)輸、人員吊裝、設(shè)備吊裝以及輔助修井等各種工程作業(yè)。海上平臺(tái)起重機(jī)的主要特點(diǎn)是安全可靠、具有很好的可維修性能，抗風(fēng)性能良好，且耐腐蝕。同時(shí)，因?yàn)榇祟悪C(jī)械設(shè)備的起重能力非常大，制動(dòng)性能非常良好，耐沖擊，且操作起來也十分便捷。所以在現(xiàn)在的海上運(yùn)輸和吊裝工作中，此類起重機(jī)已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

1.2 齒輪箱概述

在海上平臺(tái)起重機(jī)中，齒輪箱是最關(guān)鍵的一個(gè)機(jī)械傳動(dòng)組織，它在貨物的起吊過程中發(fā)揮著紐帶作用。就目前來看，應(yīng)用在海上平臺(tái)起重機(jī)內(nèi)的齒輪箱有很多種品牌，主要包括SCM、BRADEN、BREVINI 以及PAPKEN 等，其中應(yīng)用比較廣泛的是SCM 這個(gè)品牌[1]。因?yàn)辇X輪箱在海上平臺(tái)起重機(jī)的應(yīng)用中所發(fā)揮的作用至關(guān)重要，所以在對(duì)起重機(jī)進(jìn)行應(yīng)用與維修的過程中，一定要充分重視齒輪箱的結(jié)構(gòu)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(yīng)用質(zhì)量，保障海上平臺(tái)起重機(jī)的安全運(yùn)行。

在齒輪箱內(nèi)部，減速器是一個(gè)重要裝置，該裝置可以起到減小傳動(dòng)軸速度的作用，以此來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)制，通過液壓馬達(dá)將減速器內(nèi)的太陽輪帶動(dòng)，然后通過太陽輪對(duì)行星臂架上起到支撐的行星輪進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，行星輪會(huì)和外部的齒環(huán)之間達(dá)到嚙合傳動(dòng)效果，驅(qū)動(dòng)連接在外部齒環(huán)上的輸出軸，以此來達(dá)到減速效果。具體應(yīng)用中，齒輪系具體規(guī)格對(duì)其減速比有著決定性作用。

2 海上平臺(tái)起重機(jī)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(diǎn)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(huì)出現(xiàn)顯著的塑性變形情況，而是呈現(xiàn)出月牙形，屬于常見的韌脆性過載斷齒現(xiàn)象。在加工和安裝的過程中可能存在精度控制不良，導(dǎo)致齒面出現(xiàn)了接觸不良現(xiàn)象，進(jìn)而造成振動(dòng)過大或者是偏載問題，在這樣的情況下，齒輪局部就會(huì)因?yàn)檫^載而被折斷。同時(shí)，如果圓弧圓柱的齒輪模數(shù)偏小，齒輪根部所受到的交變循環(huán)應(yīng)力超出了材料自身的疲勞極限，輪齒就會(huì)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(huì)進(jìn)一步加重齒輪搭接時(shí)的沖擊作用，這樣也很容易引起輪齒崩角情況發(fā)生。導(dǎo)致齒輪被折斷的原因有很多，其主要原因表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一是齒輪參數(shù)未得到合理設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程中如果選擇了模數(shù)偏小的齒輪，其根部的彎曲應(yīng)力就會(huì)加大，進(jìn)而使其發(fā)生斷裂。第二是機(jī)器過載，隨著機(jī)器生產(chǎn)力的增加，或者是設(shè)備老化等的很多情況，都會(huì)讓齒輪負(fù)荷不斷增加，最終使其因超載而發(fā)生斷裂。第三是齒輪在加工和安裝時(shí)的精度未達(dá)到實(shí)際要求。第四是齒輪材料選擇不當(dāng)或者是熱處理工藝不當(dāng)。

2.2 行星輪軸承失效故障

在行星輪的運(yùn)行過程中，最常見的軸承失效情況包括缺損、裂紋、表面發(fā)生塑性變形以及疲勞剝落等情況。在齒輪箱內(nèi)，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(xiàn)了嚴(yán)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(dǎo)致滾柱脫落。軸承失效問題有著非常復(fù)雜的形成機(jī)理，且很多因素都會(huì)對(duì)其造成影響，比如，和制造相關(guān)的影響因素有材料選擇因素、產(chǎn)品設(shè)計(jì)因素、制造質(zhì)量因素以及制造工藝因素等；和使用相關(guān)的影響因素有選型因素、安裝因素、配合因素、密封因素、潤(rùn)滑因素以及維護(hù)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(jìn)行安裝，其內(nèi)部軸向位置存在一定程度的錯(cuò)位，主軸或者是主軸竄動(dòng)所產(chǎn)生的力被傳輸?shù)捷S承上，這種力如果有著足夠大的竄動(dòng)，就會(huì)給圓柱滾子形式的軸承帶來一定程度的沖擊作用，進(jìn)而使其被劃傷或者是出現(xiàn)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(yùn)行過程中，嚴(yán)重的漏油現(xiàn)象也將會(huì)引發(fā)齒輪箱失效。通常情況下，漏油問題主要發(fā)生在輸入軸或者是輸出軸的軸頸與軸蓋之間，屬于動(dòng)面密封效果不佳所致。之所以會(huì)出現(xiàn)這樣的情況，是由于軸頸與密封件之間的結(jié)合面并未達(dá)到理想的密封效果，所以在一定的條件下就會(huì)出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。在這樣的情況下，為有效避免減速器漏油對(duì)齒輪箱運(yùn)行的不利影響，防止齒輪箱失效問題產(chǎn)生，就需要對(duì)新的密封裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過合理的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)以及填充材料選擇來提升其密封效果。

2.4 轉(zhuǎn)盤齒輪箱失效故障

在海上平臺(tái)起重機(jī)的應(yīng)用中，轉(zhuǎn)盤齒輪箱的失效故障原因有很多，比如制動(dòng)器活塞中的星型密封圈被損壞、缸體環(huán)內(nèi)的星型密封圈被損壞等，這些故障都會(huì)引起轉(zhuǎn)盤齒輪箱的大量漏油。在這樣的情況下，不僅會(huì)出現(xiàn)齒輪箱失效情況，進(jìn)而影響到起重機(jī)的正常運(yùn)行，同時(shí)也會(huì)對(duì)海洋環(huán)境造成比較嚴(yán)重的污染。因此，對(duì)于此類問題，現(xiàn)場(chǎng)維修作業(yè)人員應(yīng)通過合理的措施來加以維修。

3 海上平臺(tái)起重機(jī)齒輪箱零部件故障維修與預(yù)防措施

3.1 齒輪失效故障維修

在對(duì)齒輪失效故障問題進(jìn)行解決的過程中，主要應(yīng)該從以下的幾個(gè)方面著手：

第一，為有效解決齒輪的疲勞斷裂問題，應(yīng)注重材料的合理選擇，通過保障材料質(zhì)量來保障齒輪質(zhì)量，避免由于材料選取不當(dāng)而導(dǎo)致的齒輪斷裂。同時(shí)也應(yīng)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(yīng)用過程中再一次出現(xiàn)崩角斷裂情況，在材料選擇時(shí)，應(yīng)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(diào)質(zhì)改變成滲氮淬火，這樣才可以使其應(yīng)力極限值得到進(jìn)一步的提升。同時(shí)應(yīng)該在允許范圍內(nèi)合理設(shè)計(jì)齒輪參數(shù)，將齒輪壓力角以及模數(shù)適當(dāng)增加，增大齒輪根部較大應(yīng)力區(qū)域的橫截面積，將輪齒根部抗彎曲強(qiáng)度提升。通過這樣的方式，就可以有效提升齒輪質(zhì)量，避免斷裂等情況所引起的齒輪失效，并實(shí)現(xiàn)輪齒使用壽命的綜合提升。

第三，在對(duì)圓弧圓滾形式的齒輪與制造中，應(yīng)適當(dāng)將倒角尺寸加大，并修復(fù)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(fā)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(yīng)注重選型與安裝的合理性，如果軸承選型不當(dāng)或者是安裝使用不當(dāng)，都會(huì)使其受到各種形式的損傷，最終導(dǎo)致失效，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)斐升X輪箱內(nèi)其他零部件的損傷。如果行星輪內(nèi)孔和外圈之間出現(xiàn)過盈配合量不夠或者是因?yàn)辇X輪發(fā)生變形而導(dǎo)致兩者的接觸面縮小，外圈就會(huì)出現(xiàn)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(xiàn)失效故障的關(guān)鍵。為進(jìn)一步確保軸承運(yùn)行可靠，維修過程中也需要對(duì)其滾珠熱處理工藝加以改善，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行安裝工藝的合理制定。其次是注重設(shè)計(jì)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(yù)緊來實(shí)現(xiàn)來有效避免主軸軸向傳動(dòng)給行星輪帶來的影響，同時(shí)，對(duì)圓錐滾子形式的軸承進(jìn)行預(yù)緊，也可對(duì)其承載區(qū)做進(jìn)一步的優(yōu)化。另外，通過這樣的方式，也可以有效降低滾道應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)行星輪系自身剛度的進(jìn)一步提升，對(duì)外部傳遞到齒輪箱內(nèi)行星架一端的額外軸向應(yīng)力，行星輪便可具備足夠的承受能力。最后，應(yīng)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(yùn)行性能。

3.3 軸間密封效果不佳的處理措施

在對(duì)此類問題進(jìn)行解決的過程中，如果齒輪尚未失效，則不需要對(duì)齒輪軸進(jìn)行更換，僅需要通過鍍鉻熱噴涂技術(shù)對(duì)磨損的部位進(jìn)行修復(fù)即可。但是如果輪軸磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致齒輪失效，此時(shí)就需要對(duì)輪軸及時(shí)進(jìn)行更換處理[4]。

在對(duì)密封進(jìn)行改造的過程中，一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)在于既不能出現(xiàn)滲漏情況，又要盡可能減少磨損和發(fā)熱情況[5]。隨著齒輪箱密封改進(jìn)的深入，部分齒輪箱生產(chǎn)制造廠家已經(jīng)研制出了各自的齒輪箱密封結(jié)構(gòu)，其高速軸大多屬于非接觸形式的迷宮型結(jié)構(gòu)；低速軸則因?yàn)橛臀缓苡锌赡芙咏踔潦浅鲇头饷娴那闆r，所以依然通過骨架油封來進(jìn)行密封處理。在進(jìn)行密封改進(jìn)過程中，為了有效避免減速器出現(xiàn)箱體剖分面漏油情況，應(yīng)該對(duì)其箱體進(jìn)行水平剖分，且應(yīng)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(duì)齒輪箱的不利影響，避免齒輪箱在運(yùn)行過程中出現(xiàn)失效故障。

3.4 轉(zhuǎn)盤齒輪箱失效故障的維修

在對(duì)此類故障進(jìn)行維修的過程中，技術(shù)人員主要應(yīng)通過以下幾點(diǎn)來進(jìn)行：第一，將起重機(jī)的吊臂安置在休息臂上，機(jī)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(hào)筆做好檢修設(shè)備標(biāo)記，然后將齒輪箱內(nèi)的油放出并做好回收工作。第三，先將齒輪箱中的剎車進(jìn)出液壓油管拆除并標(biāo)記好，然后用布將其包好，避免雜物進(jìn)入。第四，將馬達(dá)連接螺栓拆除，將液壓馬達(dá)拔出，通過麻繩固定好馬達(dá)，避免滑動(dòng)和碰撞，第五，對(duì)機(jī)械部分的拆卸順序進(jìn)行合理安排，按照從上到下的順序進(jìn)行拆卸。第六，對(duì)機(jī)械進(jìn)行清洗、檢查和測(cè)量，對(duì)于發(fā)現(xiàn)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(yīng)的設(shè)備后，應(yīng)注意對(duì)維修部分做好標(biāo)記，并在后續(xù)運(yùn)行中持續(xù)觀察一段時(shí)間，保障各個(gè)連接點(diǎn)位置不出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

通過分析可知，導(dǎo)致海上平臺(tái)起重機(jī)齒輪箱故障的原因有很多，所以在具體的齒輪箱設(shè)計(jì)、制造和維修過程中，技術(shù)人員一定要在明確其運(yùn)行原理的基礎(chǔ)上對(duì)導(dǎo)致故障的原因進(jìn)行全面分析，然后以實(shí)際問題為依據(jù)，采取合理的對(duì)策來加以預(yù)防。通過這樣的方式，才可以有效保障齒輪箱的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為海上平臺(tái)起重機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。