楊少華，劉敏毅，林志中
（深圳赤灣集裝箱碼頭有限公司，廣東，深圳，518068）

　　摘　要：為了確保RTG安全、高效、穩(wěn)定的運行，對起升減速器失效齒輪進行分析，并提出5種改進措施，從而提高RTG起升減速器齒輪傳動的質(zhì)量，延長減速器的使用壽命。
　　關(guān)鍵詞：港口；RTG；起升減速器；失效齒輪
　　0　引言
　　RTG是集裝箱碼頭堆場裝卸作業(yè)的專用起重設(shè)備之一。起升機構(gòu)是RTG主要工作機構(gòu)之一，其作用是實現(xiàn)集裝箱的升降運動。起升減速器是電機和卷筒之間的獨立傳動部件，是起升機構(gòu)最重要的組成部件。RTG起升減速器的使用工況惡劣，使用頻繁，對壽命要求比較高。減速器載荷重，其內(nèi)部齒輪及齒軸必須要有足夠的強度和剛度。本文針對RTG起升減速器在實際使用中發(fā)生的失效問題，進行有針對性的分析，并提出改進措施，對類似問題的研究具有一定的參考價值。
　　1　減速器失效問題
　　RTG深圳赤灣集裝箱碼頭有限公司4臺RTG起升減速器在使用過程中存在如下問題：
　　4臺起升減速器第3級齒輪軸齒面均因剝落失效形成凹坑。仔細觀察該齒輪軸發(fā)現(xiàn)，齒面（靠近齒根的個別部位）沿齒寬方向剝落并向齒頂擴展，剝落脆裂的凹坑深淺不一，剝落坑深度約1mm，長度約占整個齒寬的1/3。剝落形成的凹坑在齒輪嚙合擠壓的過程中產(chǎn)生噪聲。經(jīng)檢查，軸承沒有發(fā)現(xiàn)異常。起升減速器齒輪齒面剝落見圖1。

　　4臺起升減速器第3級齒輪軸齒根部位個別齒面局部發(fā)生點蝕，金屬表層剝落。起升減速器齒輪齒面點蝕見圖2。

　　1臺減速器的齒輪軸發(fā)現(xiàn)裂紋，經(jīng)檢測，發(fā)現(xiàn)裂紋深度為4mm，已經(jīng)存在很大安全隱患，無法正常使用。起升減速器齒輪軸裂紋見圖3。

　　2　失效問題分析
　　齒面剝落是齒輪表面疲勞損傷的一種表現(xiàn)，是由于齒輪在嚙合過程中齒面或齒面內(nèi)部存在材質(zhì)缺陷，在交變載荷的反復(fù)作用下造成齒輪表面的疲勞，從而導(dǎo)致材料的應(yīng)力超過其固有疲勞極限，產(chǎn)生初始裂紋。齒面剝落的特征是材料移動形成凹坑。齒面疲勞根據(jù)嚴重程度不同，可以分為早期裂紋、破壞性損傷、齒面剝落和表面壓碎。
　　齒面點蝕是指齒輪副在轉(zhuǎn)動過程中齒面間有相對滾動和相對滑動。相對滑動速度越大的位置越容易產(chǎn)生齒面點蝕。滑動摩擦導(dǎo)致脈動載荷。在摩擦力和脈動載荷的相互作用下，齒面表層產(chǎn)生循環(huán)的脈動剪應(yīng)力。當該剪應(yīng)力超過齒輪固有剪切疲勞極，齒面產(chǎn)生疲勞裂紋，如裂紋進一步擴展，會使金屬表面剝落，在齒面上形成小且少的麻點，該麻點稱為早期點蝕。如果齒輪副的工作狀況沒有得到改善，在靠近節(jié)圓的齒根表面上的麻點會逐步擴大，減速器所產(chǎn)生的噪聲也隨之增大，最后形成明顯的齒輪表面破壞性點蝕。在直齒傳動中，點蝕一般首先發(fā)生在節(jié)圓的齒根面上，然后再向其他部位擴展。
　　齒輪軸裂紋主要與材料的固有屬性、工況以及零件的安全裕度有關(guān)。斷裂的表現(xiàn)形式主要有疲勞斷裂、磨損斷裂、超載斷裂和淬裂磨削裂紋等。造成起升減速器齒輪傳動失效的主要原因有以下幾個方面。
　　2.1設(shè)計
　　齒輪傳動的設(shè)計尚不能滿足RTG起升減速器的實際使用要求，齒輪設(shè)計參數(shù)的選取與實際工況條件結(jié)合不夠緊密。某些標準、規(guī)范和監(jiān)測方法、計算方法也不統(tǒng)一。例如對于齒輪接觸疲勞強度的分析計算，仍沿用傳統(tǒng)的HERTZ理論公式，即以交變應(yīng)力作用下測定試樣的斷裂循環(huán)次數(shù)而制定的反復(fù)應(yīng)力和全載荷下的循環(huán)次數(shù)關(guān)系曲線作為疲勞設(shè)計依據(jù)，然而，實際傳動齒輪由于受各種工藝、工況因素的影響，必定與試樣存在根本的差異。
　　2.2制造加工
　　齒輪的加工存在缺陷，制造質(zhì)量達不到標準和技術(shù)要求：鑄造齒輪存在化學成分偏析、非金屬夾雜物、氣孔、砂眼等缺陷；鍛造齒輪忽視鍛造比要求，使材質(zhì)性能下降；熱處理質(zhì)量不過關(guān)；調(diào)質(zhì)齒輪硬度達不到設(shè)計技術(shù)要求；淬火齒輪硬度不均，淬硬層淺，積存較大內(nèi)應(yīng)力；大模數(shù)齒輪加工精度不高，出現(xiàn)齒圈的徑向跳動和齒形超差；齒面粗糙度不合格；等等。
　　2.3安裝使用
　　RTG起升減速器安裝技術(shù)規(guī)范不健全，基本靠經(jīng)驗施工，造成安裝質(zhì)量不穩(wěn)定，達不到齒輪安裝技術(shù)要求和質(zhì)量標準，例如：齒輪軸中心線的水平度、平行度、中心距、輪齒嚙合間隙、接觸面積和軸承安裝等不合格；新安裝的齒輪跑合不充分；使用過程中不能定期清洗減速器、更換潤滑油，甚至違章操作，導(dǎo)致減速器超負荷運轉(zhuǎn)。
　　3　改進措施
　　起升減速器一旦失效，將導(dǎo)致整個RTG無法工作。針對RTG起升減速器在實際使用中發(fā)生的失效現(xiàn)象，提出以下幾種改進措施。
　　3.1設(shè)計
　　RTG起升減速器由于需要承受重載和沖擊載荷，所以對于減速器的設(shè)計需要進一步進行科研技術(shù)攻關(guān)，優(yōu)化設(shè)計參數(shù)。優(yōu)化的內(nèi)容主要包括載荷的精準計算、*的加工和處理工藝、合理的硬度和嚙合參數(shù)、有效的潤滑參數(shù)以及合理的裝配要求等，并提高標準化和系列化程度。
　　3.2選材
　　齒輪材料的選擇要綜合考慮強度、剛度和工藝性能等要求。根據(jù)齒輪選材的經(jīng)驗，宜選用低碳合金滲碳鋼。對于承受重載和沖擊載荷的齒輪，采用以Ni-Cr和Ni-Cr-Mo合金滲碳鋼為主的鋼材（含Ni量2%～4%）。對于負載比較穩(wěn)定或功率較小、模數(shù)較小的齒輪，也可選用無Ni-Mn鋼滲碳合金鋼。
　　3.3熱處理和表面處理
　　齒輪的承載能力不僅取決于表面硬度，還取決于表面向芯部過渡區(qū)的剪切強度比值。一般情況下，該比值不超過0.55。深層滲碳淬火是齒輪硬化處理的方法，它可以得到很高的芯部硬度、較小的過渡區(qū)殘余拉應(yīng)力和充足的硬化層深度。
　　此外，推薦使用碳氮共滲新工藝，氮的滲入深度一般控制在0.2mm以內(nèi)。它不但能硬化表層，還能產(chǎn)生壓應(yīng)力。與單純的滲碳齒輪相比，碳氮共滲齒輪的強度提高13%以上，壽命可提高1倍。在熱處理后，尚需進行油浴時效處理。
　　3.4安裝
　　在齒輪安裝過程中，要保證齒輪軸心線的水平度、平行度、中心距、軸承間隙、齒輪間隙、接觸斑點和軸向竄動等達到質(zhì)量標準和技術(shù)要求。新裝齒輪要做到充分的跑合，嚴禁違章作業(yè)和超負荷運轉(zhuǎn)。
　　3.5潤滑
　　潤滑對齒輪的磨損失效有著至關(guān)重要的影響，應(yīng)當引起足夠的重視。RTG起升減速器是重載低速齒輪，接觸應(yīng)力很大。在齒輪嚙合過程中，除了切點部位外，其余位置均為滾動和滑動并存的狀況。為了保證齒輪的正常運行，需要在齒輪接觸區(qū)建立合適的油膜厚度。
　　4　結(jié)語
　　針對RTG起升減速器失效現(xiàn)象進行分析，并提出相應(yīng)的改進措施，對類似問題的分析和研究具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。
　　參考文獻
　　胡延平.煤炭機械傳動齒輪失效形式分析及改進措施[J].江西煤炭科技，2010(3):105-107.
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