輥磨減速機輸出法蘭螺栓和銷子斷裂分析及解決措施
2019-06-13 張秀全，張中國
冀東水泥（煙臺）有限責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2400mm，3個輪胎磨輥，磨盤轉(zhuǎn)速：33.5r/min，經(jīng)過3年半多的運行，2014年5月檢查發(fā)現(xiàn)減速機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。如整機返廠修理至少需要2個月，而且運費和修理費用較高，嚴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，拆卸更換減速機行星架與輸出法蘭盤聯(lián)接高強螺栓，配鉆、擴、鉸孔，配制提高傳遞扭矩強度的銷子等措施，現(xiàn)場僅用8d時間即快速修復(fù)了減速機，節(jié)省了維修費用，保證了正常生產(chǎn)運行。
1 輥磨配套電機及減速機主要參數(shù)
電機型號：YRKK710-6，功率：2240kW，轉(zhuǎn)速：994r/min。減速機型號：JLP220-WXA，輸入功率：2300kW，速比：29.6。JLP系列減速機為錐齒輪—平行軸—行星齒輪三級減速傳動的結(jié)構(gòu)形式。減速機結(jié)構(gòu)見圖1，行星架與輸出法蘭盤通過16根M42高強聯(lián)接螺栓和12個φ50mm圓柱銷子連接組裝而成。
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）三級內(nèi)齒圈有兩個齒端面局部掉落25~30mm左右，有一個齒出現(xiàn)局部裂紋（如圖6、7）。
?。?）行星輪有兩個齒端面局部掉落20mm左右。
?。?）二級齒輪軸的聯(lián)軸器外齒有6個齒端面局部掉落20~30mm左右，有3個齒塊出現(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。
3 原因分析
2014年5月13日，水泥A磨避峰運轉(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)減速機輸出盤密封相對殼體錯位近10mm，輸出盤法蘭聯(lián)接螺栓切斷，進一步拆下每段壓板，抽出圓柱銷子，發(fā)現(xiàn)每個銷子分別斷裂成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，輥磨運行加載壓力嚴格控制在10MPa以內(nèi)（設(shè)計加載額定壓力為12MPa），主電機運行電流控制未超出140A（為保護設(shè)備穩(wěn)定運行，操作控制在額定電流158A的90%以下），設(shè)備系統(tǒng)連鎖保護測溫、測振、測壓、金屬探測儀等電器保護系統(tǒng)一直運行安全有效，減速機保護振動值設(shè)定為3.5mm/s時抬輥，達到5mm/s時停輥磨主電機，正常運轉(zhuǎn)時振動值一般在2.8mm/s以下；減速機推力瓦溫度≯52℃，屬于安全運行溫度。
由圖8可以看出，在停機前輥磨振動值及上下腔壓力未出現(xiàn)任何異常變化，僅是輥磨主電機電流在停機前6min出現(xiàn)小幅度增大（但未超過額定值），而在輥磨正常運轉(zhuǎn)時也經(jīng)常會因物料粒度的變化出現(xiàn)主電機電流的波動，因此此次減速機損壞在運行曲線上表現(xiàn)不明顯，僅僅出現(xiàn)了減速機迷宮摩擦。根據(jù)現(xiàn)場解體情況分析，減速機故障損壞的原因主要有以下幾點：
?。?）主要是由于承擔減速機行星架與輸出法蘭盤聯(lián)接的傳動扭矩和剪切力的圓柱銷與孔配合出現(xiàn)松動，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，進而導(dǎo)致聯(lián)接螺栓承擔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，造成齒輪部分嚙合齒面的局部剝落損壞。
4 解決措施
根據(jù)減速機出現(xiàn)故障損壞部位情況，為節(jié)省修理時間，降低維修費用，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M42-8.8級高強聯(lián)接螺栓，因原傳遞扭矩12個φ50mm圓柱銷子孔磨損橢圓變形，采取提高圓柱銷強度辦法，配鉆、擴、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，避免安裝運行中出現(xiàn)刮卡摩擦。具體方案：
?。?）因二級中間軸外齒斷齒損壞，更換二級中間軸，并調(diào)整與二級齒輪軸接觸嚙合面積及軸向間隙量再組裝。
a、二級中間軸（與斜齒輪配合處）尺寸φ362mm+0.33，斜齒輪孔為φ632H7（+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=0.000012×φ362×ΔT（170℃-10℃）=0.695mm，保溫1h后實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記后與軸進行裝配。檢測上下軸承NSK23072CAE4和NSK23152CAE4（二級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、二級中間軸上部軸承座鉆孔、攻絲后安裝測溫電阻，以便運行監(jiān)測溫度狀態(tài)變化。
?。?）大齒圈的更換組裝。
a、按照圖紙技術(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，按照圖紙支撐座φ2120mm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），先對稱鉆兩孔并攻絲后用M36螺栓連接固定，先鉆φ40mm孔，再擴孔至φ44mm，然后鉸孔至φ45mm，按照各標記孔配制銷子。
c、大齒圈與支撐座組合裝配后，按照拆裝記號標記，將組合件找正安裝固定在減速機殼體法蘭（如圖13）。
?。?）減速機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M42螺栓對稱把緊減速機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、因原銷孔嚴重變形，同時，為了提高剪切圓柱銷子強度，利用搖臂鉆床Z3080×28B將傳動銷孔直徑由原來的φ50mm擴大至φ59mm，再鉸孔至φ60mm；將φ60mm沉孔擴大至φ65mm便于找正安裝。
c、按照已配鉆、擴、鉸銷孔作好順序標記，分別對應(yīng)標記配制加工磨削12個材質(zhì)40Cr、熱處理硬度HB=300的內(nèi)羅紋圓柱銷子，配磨尺寸φ60H7/K6mm。
d、減速機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，再分別按照標記對稱裝配。
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軸承工作面劃傷痕跡，達到接觸面積技術(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、用高壓清洗機清洗減速機內(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，對減速機輸出法蘭盤與行星架聯(lián)接螺栓（原螺栓帽帶有交叉兩個φ8mm串鋼絲防松孔，從斷裂掉下的螺栓帽斷面看，此孔減弱了螺栓強度，本次更換為螺栓帽不帶串鋼絲孔的高強螺栓）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，空載運行8h，檢查各種運行參數(shù)正常后，液壓系統(tǒng)逐步加載（額定加載壓力的60%、70%、80%）分別運行12h、16h、24h，然后帶負荷正常運行，36h以后減速機地腳螺栓再次加溫防松緊固。
5 運行效果和啟示
現(xiàn)場帶載荷運行后電機電流值在130A左右（控制在額定電流158A的90%以下），減速機推力瓦測溫穩(wěn)定在54℃，測振值在2.5mm/s以下，供油壓力等均在安全運行指標范圍，輸出盤迷宮密封沒有金屬摩擦聲音，現(xiàn)場僅用8d時間即快速修復(fù)了輥磨減速機，節(jié)省了維修費用，保證了正常生產(chǎn)運行。
此次故障給我們的啟示：應(yīng)定期對各儀表測點的真實準確性進行核對，確保安全有效，起到安全保護作用；應(yīng)調(diào)整優(yōu)化工藝操作參數(shù)，進一步減輕輥磨振動，減少對傳動設(shè)備電機減速機等的沖擊振動影響；同時也要定期對傳動銷及連接螺栓的松動、斷裂等情況進行檢查緊固或更換，發(fā)現(xiàn)異常情況及時采取有效措施，保證螺栓和銷軸完好且裝配緊密牢固，確保減速機運行安全可靠。
（來源：中國水泥備件網(wǎng)論壇）
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