章立強(qiáng)，王振乾

(1.中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 上海有限公司， 上海 200030；2.天地科技股份有限公司 上海分公司， 上海 200030)

0 引言

電牽引滾筒采煤機(jī)左右截割傳動(dòng)部、左右牽引行走部各自由三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)各自齒輪減速箱減速后分別提供截割和牽引動(dòng)力以實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)割煤、裝煤和行走。采煤機(jī)截割和牽引齒輪減速箱與常規(guī)齒輪箱的結(jié)構(gòu)類似，如圖1和圖2所示。采煤機(jī)齒輪箱在工作中一旦出現(xiàn)故障停車，會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)。異響和振動(dòng)是齒輪箱發(fā)生故障的前兆，隱患的早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)防、早處理對(duì)降低設(shè)備故障率和減少故障損失具有重要意義。受工作環(huán)境、安裝空間等因素的影響，其他行業(yè)會(huì)運(yùn)用成熟的基于振動(dòng)監(jiān)測(cè)的齒輪箱故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[1-2],而在采煤機(jī)行業(yè)中運(yùn)用較少。雖然業(yè)內(nèi)開始在部分應(yīng)用中對(duì)采煤機(jī)齒輪箱的振動(dòng)檢測(cè)等做了一些嘗試[6-8]，但受環(huán)境因素影響，未取得預(yù)期效果。另外，當(dāng)井下出現(xiàn)故障時(shí)需要立即做出判斷并維修。而基于“振動(dòng)分析法”、“信號(hào)分析法”等處理方法[3-5]，目前需要將相關(guān)數(shù)據(jù)傳到地面，再由地面數(shù)據(jù)中心最終將數(shù)據(jù)傳送到專業(yè)數(shù)據(jù)處理的廠家分析判斷,流程較長(zhǎng)。所以現(xiàn)場(chǎng)通過人工監(jiān)測(cè)采煤機(jī)齒輪箱的運(yùn)行情況仍是主要手段，通過溫度和聲音兩個(gè)指標(biāo)判斷齒輪箱是否健康運(yùn)行。溫度指標(biāo)可以通過溫度計(jì)直接測(cè)量，而傳動(dòng)聲音是否正常則需要運(yùn)維人員憑借經(jīng)驗(yàn)判斷。本文基于齒輪、軸承及箱體軸孔誤差等產(chǎn)生振動(dòng)聲響的特點(diǎn)，分析采煤機(jī)齒輪箱的異響原因及提出處理方法。

圖1 截割傳動(dòng)部齒輪箱

圖2 牽引行走部齒輪箱

1 齒輪箱異響的類型

對(duì)于采煤機(jī)截割傳動(dòng)部和牽引行走部的齒輪箱異響，維修人員可以通過聽音棒接觸相應(yīng)殼體的表面來聽診，這也是一種經(jīng)典的聽診方法[9]。常見的采煤機(jī)齒輪箱異響有敲擊聲、擠壓聲音、振動(dòng)聲、摩擦聲、嘯叫聲等。

振動(dòng)是所有機(jī)械齒輪傳動(dòng)中最常見的一種現(xiàn)象，齒輪箱工作時(shí)會(huì)按一定的固有頻率出現(xiàn)均勻的敲擊聲，這種聲音頻率固定而清脆,但當(dāng)振動(dòng)的幅度達(dá)到一定程度時(shí)就會(huì)發(fā)出異響。采煤機(jī)齒輪箱通常高速區(qū)的振動(dòng)聲要高于低速區(qū)，在齒輪箱啟動(dòng)時(shí)的高速區(qū)有時(shí)也會(huì)發(fā)出嘯叫聲。當(dāng)齒輪箱中齒輪嚙合時(shí),某一對(duì)齒輪在旋轉(zhuǎn)過程中會(huì)發(fā)出明顯的擠壓聲。此外齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出的頻率明顯不同于齒輪嚙合頻率，通常由軸承發(fā)出。

2 齒輪箱異響原因

2.1 敲擊聲

一旦齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)某處出現(xiàn)敲擊聲，基本可以判定是此處嚙合齒輪副中的一個(gè)齒輪本身缺陷。常見缺陷為齒輪齒面存在磕碰痕跡，如圖3所示。另外一種情況是這對(duì)齒輪副中的某一齒輪齒面銹蝕，且銹蝕較深無法徹底消除，如圖4所示。還有齒輪加工本身引起的齒輪缺陷也會(huì)引起敲擊聲，如輪齒端棱凸起、齒根大圓弧臺(tái)階磨痕和齒頂?shù)菇侨毕莸?，如圖5所示。以上各種缺陷均可以引起采煤機(jī)齒輪減速箱嚙合過程中齒輪周期性的敲擊聲。敲擊聲的特點(diǎn)是響聲頻率穩(wěn)定，一般為單向異響。

圖3 磕碰傷

圖4 銹蝕痕

圖5 齒頂?shù)菇?/p>

2.2 擠壓聲

由采煤機(jī)齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)過程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)某對(duì)齒輪副在旋轉(zhuǎn)過程中，一個(gè)齒輪對(duì)另一個(gè)齒輪有明顯的擠壓聲，聲音一般較悶。出現(xiàn)這種異響的原因是齒輪加工過程中相鄰周節(jié)變化過大，造成有一對(duì)齒輪嚙合時(shí)的齒側(cè)間隙偏小，嚙合到此位置時(shí)就會(huì)形成齒體對(duì)相應(yīng)齒槽的擠壓聲。出現(xiàn)這種聲音時(shí)可以在不帶載運(yùn)行時(shí)確定異響位置后立即處理。如不處理，隨著循環(huán)次數(shù)的增多會(huì)形成明顯擠壓痕造成齒面損傷，最終導(dǎo)致齒面小面積剝落直至失效。

2.3 振動(dòng)聲

采煤機(jī)齒輪箱在高速旋轉(zhuǎn)工況下，由于存在殼體本身孔系尺寸和中心距尺寸誤差、定位齒輪的軸徑誤差等，當(dāng)誤差累積到一定程度后就會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的振動(dòng)進(jìn)而發(fā)出聲響。出現(xiàn)這種異響后，需具體查找殼體的哪個(gè)孔系和哪個(gè)齒輪軸的尺寸誤差較大，造成工作量巨大，大多數(shù)情況下需要借助三坐標(biāo)儀對(duì)故障件的形位公差進(jìn)行全面復(fù)查。

2.4 摩擦聲

無論是采煤機(jī)截割傳動(dòng)部齒輪減速箱，還是牽引行走部齒輪減速箱，在安裝軸(齒輪)時(shí)下部軸承的滾道會(huì)因不正當(dāng)?shù)妮S敲擊而受到損傷；另外，在端面間隙調(diào)整后的軸組回拉過程中，沖擊過大也會(huì)使上部軸承滾道受傷。當(dāng)齒輪箱出現(xiàn)的異響聲是“嗡嗡”聲，頻率較快且明顯不符合齒輪嚙合頻率時(shí)，一般是軸承滾道損傷所導(dǎo)致。

2.5 嘯叫聲

采煤機(jī)齒輪箱的嘯叫聲多發(fā)生在高速端。排除電動(dòng)機(jī)的聲音，嘯叫聲發(fā)生的主要原因是高速端軸承的游隙偏小，特別是和電動(dòng)機(jī)直連的一軸軸承的游隙。齒輪箱高速端發(fā)熱較高，當(dāng)軸承游隙不足以滿足由于發(fā)熱而引起的軸系伸長(zhǎng)量時(shí)，軸承滾子將頂住外圈；高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)發(fā)出刺耳的嘯叫聲，很快會(huì)伴隨著發(fā)生嘯叫聲的軸承燒毀。這種嘯叫聲在高功率密度的減速箱中更多見。

3 齒輪箱異響的處理

3.1 齒輪敲擊、擠壓及振動(dòng)聲的異響處理

采煤機(jī)齒輪箱異響一旦涉及到與齒輪有關(guān)，處理起來都比較困難。首先,可能引起異響的因素較多,殼體孔系與齒輪的加工精度和形位公差、裝配工藝及精度等受到的影響都較大。其次，采煤機(jī)截割傳動(dòng)部齒輪箱直齒部分通常有7～8個(gè)軸系,行星頭部分通常有兩級(jí)行星機(jī)構(gòu)，采煤機(jī)牽引行走部齒輪箱通常有4個(gè)軸系和兩級(jí)行星機(jī)構(gòu)，較長(zhǎng)的齒輪傳動(dòng)鏈發(fā)生異響的位置由于箱體的共鳴聲較難確切定位。另外，齒輪箱運(yùn)行后，敲擊聲、擠壓聲、振動(dòng)聲不易區(qū)分且有時(shí)會(huì)相互作用和影響，如齒輪箱確實(shí)出現(xiàn)異響則必須處理。

以某采煤機(jī)截割傳動(dòng)部齒輪箱異響實(shí)況為例，其齒輪傳動(dòng)示意圖如圖6所示。一軸齒輪和電動(dòng)機(jī)通過花鍵連接，二軸為惰輪組件，三軸和四軸為包含軸齒輪的過渡雙齒輪組，五軸和六軸為惰輪組件，最終動(dòng)力傳遞到七軸組件后傳遞給行星機(jī)構(gòu)輸出。此齒輪箱試車時(shí)出現(xiàn)了異響，現(xiàn)場(chǎng)首先通過聽音棒接觸殼體表面各位置來大致判斷異響的位置和類型，大致位置確定后則需要精聽。精聽前需要了解故障齒輪箱的內(nèi)部傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖，精聽過程中可根據(jù)異響規(guī)律、頻率等初步確定異響的類型。精聽后基本確定是齒輪引起的,與軸承無關(guān)，且在箱體內(nèi)出現(xiàn)了兩處異響。通常處理流程為逐個(gè)軸系排除，替換處理；異響不能消失時(shí)，則分段排除處理，即一段一段傳動(dòng)系處理；安裝試車驗(yàn)證。

1-一軸軸承;2-二軸軸承;3-三軸軸承;4-四軸軸承;5-五軸軸承;6-六軸軸承;7-七軸軸承。

根據(jù)精聽后初步確定為齒輪傳動(dòng)系中有兩處敲擊聲，分別在三軸齒輪和四軸齒輪嚙合副中、四軸齒輪和五軸惰輪嚙合副中。從高速到低速的原則，首先將三軸軸齒輪和四軸軸齒輪都拆解下來觀察，目測(cè)未見到明顯的齒輪缺陷，隨即將此兩件軸齒輪更換；更換后試車，異響未消除。為了避免四軸齒輪組和五軸惰輪嚙合副對(duì)三軸齒輪組和四軸齒輪組嚙合副的影響，決定脫開五軸惰輪，單獨(dú)對(duì)一軸到四軸的傳動(dòng)系進(jìn)行處理,同時(shí)將四軸齒輪做更換處理，裝配后試車，運(yùn)轉(zhuǎn)聲響連貫、異響消失,說明四軸齒輪存在一定的缺陷。將五軸惰輪安裝后試車，又出現(xiàn)了異響,說明四軸軸齒輪和五軸惰輪嚙合副確實(shí)存在異響。再一次拆解五軸惰輪做180°旋轉(zhuǎn)后安裝，目的是讓惰輪的另一齒面參與嚙合以核實(shí)惰輪的另一齒面狀況，這樣處理裝配后試車，異響消失,說明五軸惰輪肯定有一側(cè)齒面存在問題。繼續(xù)安裝六軸和七軸后試車，在五軸惰輪和六軸惰輪之間出現(xiàn)了異響，再次驗(yàn)證了五軸惰輪有一側(cè)齒面有故障。最后做更換五軸惰輪處理，更換后試車，異響消失。排除了檢查齒輪箱殼體孔系軸系的必要性。

處理完畢后，檢測(cè)替換掉下來的四軸齒輪和五軸惰輪的每個(gè)齒，發(fā)現(xiàn)四軸齒輪有一齒槽處周節(jié)偏小，五軸惰輪有一齒的齒面有波紋。因此可確定三軸軸齒輪和四軸軸齒輪嚙合時(shí)的異響為擠壓聲，四軸軸齒輪和五軸惰輪嚙合時(shí)發(fā)出的異響為敲擊聲。

3.2 摩擦聲的異響處理

當(dāng)采煤機(jī)齒輪箱的嚙合齒輪副出現(xiàn)和齒輪轉(zhuǎn)頻不相關(guān)的“嗡嗡”聲異響，并伴隨著軸端部溫升較快的現(xiàn)象，可大致判斷為相應(yīng)嚙合齒輪副對(duì)應(yīng)的軸承問題。停機(jī)取出相應(yīng)位置的嚙合齒輪副詳細(xì)檢查，確定齒輪副無缺陷后可直接更換軸承，軸承滾道的損傷往往非專業(yè)人員很難檢查出來。

更換軸承時(shí)需要特別注意,當(dāng)軸系組件安裝好安裝端蓋前需適當(dāng)回拉整個(gè)軸系組件以保持軸承內(nèi)外圈之間有適當(dāng)間隙，檢查并調(diào)整軸承(外圈)端面垂直度。更換軸承后，這種摩擦聲的異響一般會(huì)消失。

3.3 嘯叫聲的異響處理

采煤機(jī)齒輪箱所有異響中，嘯叫聲的異響是比較容易處理的。當(dāng)采煤機(jī)齒輪箱啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)后，一旦出現(xiàn)嘯叫聲，一般即可從高速區(qū)聽診，確定位置后需要馬上停車避免軸承燒毀，將嘯叫聲位置的軸承更換為更大軸向游隙的軸承并適當(dāng)加大軸承本身和端蓋之間的間隙。通過這樣的操作，嘯叫聲的異響即可解決。

4 結(jié)論

本文對(duì)電牽引滾筒采煤機(jī)齒輪箱運(yùn)行時(shí)的異響現(xiàn)象及原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并提出了相應(yīng)的處理方法。通過對(duì)裝配車間近一年的實(shí)踐數(shù)據(jù)分析，本方法顯著縮短了采煤機(jī)齒輪箱異響問題的處理時(shí)間，生產(chǎn)效率提高了15%。本文提出的處理方法也可用于現(xiàn)場(chǎng)采煤機(jī)的運(yùn)行維護(hù)，保持設(shè)備性能的穩(wěn)定性，提高了其工作可靠性。