中心传动管磨机主减速机的故障分析

中心传动管磨机主减速机的故障分析（来源，中国水泥王）

摘要平行轴双分流式硬齿面齿轮减速机作为中心传动管磨机主减速机的代表，其故障类型主要有断齿、传动扭力轴柱销断裂、轴瓦研伤等。断齿主要是由于缺陷或过高的有害残余应力所诱发，可能是夹杂物、微细磨削裂纹或不适当的热处理引起的局部断裂；锥套与小齿轮轴的传动扭力轴柱销断裂的原因在于应力集中爆发；末级右侧小齿轮轴内侧上瓦研伤的直接原因是轴瓦供油相对不足，不能形成良好的油膜。国产的大型平行轴双分流式硬齿面减速机在大型中心传动管磨机上应用越来越多，质量要求越来越高。正确使用、精心维护以及正确选择故障处理方法特别重要。 关键词齿轮减速机断齿传动扭力轴柱销断裂轴瓦研伤 O引言

管磨机是水泥厂的关键设备之一，自从1891年第一台连续作业的管磨机诞生以来，至今已有一百多年的历史了。尽管现在发明了立磨、辊压机、辊筒磨等许多新型的粉磨设备，但是管磨机仍然以其稳定可靠的操作运行特点在市场上占据主导地位。目前，采用中心传动的大型管磨机在水泥行业中占有重要地位，主减速机是中心传动管磨机的关键设备。随着水泥工业的发展和技术的进步，管磨机的规格越来越大，主减速机也日趋大型化，低速、重载和高运转率的矛盾亦更为突出。大型减速机要求必须具备足够的承载能力和运行的可靠性，然而要实现这一点并非易事。它负荷重、制造精度高、检修难度大、费用高、周期长，对全厂的生产影响大。因此，切实搞好中心传动管磨机主减速机的管理，提高维护操作水平，保持其完好状态和正常安全运转，是大型水泥厂设备管理的重点之一。

1中心传动管磨机主减速机的分类及结构特点

管磨机是一种低速重载长期连续运转的粉磨机械，管磨机的传动系统是管磨机的重要组成部分，传动系统将直接影响管磨机的工作性能及粉磨系统的投资成本，对于大型管磨机来讲尤其重要。管磨机的传动系统根据减速器的结构形式，分成主减速机位于管磨机侧面由大小齿轮驱动的边缘传动、主减速机与管磨机同轴线布置的中心传动，以及无齿传动即环形马达传动三大类。边缘传动又分为单边单传动、单边双传动和双边双传动；中心传动又分为常规的落地式减速机传动(图1)和特殊结构的直联悬挂式减速机传动(图2)。常规的落地式中心传动又分为行星减速机式、双分流和三分流减速机式。中心传动比边缘传动的传动效率高5％左右，能量利用率也高，对减速器零部件制造精度的要求也高。管磨机的传动系统主要要求可靠性和经济性，应根据传动系统的技术特点和可靠度、传动效率、投资成本、操作维护费用及经济实力等诸方面情况精心选型。随着机械制造技术的进步，减速器无论从选取材料、金属加工精度、采取热处理的措施，还是在机械结构设计形式上都有了长足的发展。所以，目前大型管磨机的传动系统采用中心传动的较多。

本文所述的中心传动管磨机主减速机主要是指平行轴双分流式硬齿面齿轮减速机(图3)，主电机通过联轴节与主减速机的首级小齿轮轴相联，一个小齿轮驱动两个大齿轮，进行首级减速。首级大齿轮通过挠性扭力轴向末级小齿轮传递扭力，再由两个末级小齿轮共同驱动一个大齿轮，完成末级减速，将转矩传递给管磨机。首级小齿轮轴由两个滚动轴承支承，其余各齿轮轴均由滑动轴承支承。滑动轴承都是水平剖分式，瓦面为巴氏合金，轴瓦是一种便利，不足之处是工艺布置占地大，造价偏高。

2 M厂中心传动管磨机主减速机的故障分析 2．1技术参数

M厂年产水泥60万t，拥有2台φ2．2 m×4．4 m的风扫式煤磨，2台φ2．4 m×12 m的水泥磨，2台φ3．8 m ×1 2 m的水泥磨，1台φ3．2 m×7 m+1．8 m的粉磨兼烘干生料磨，1台φ3．5 m×10 m的中卸生料磨，总 共拥有8台管磨机。其中，φ2．2 m x 4．4 m的2台煤磨 和φ2．4 m×1 2 m的2台水泥磨都是采取边缘传动， φ3．8 m×12 m的2台水泥磨、φ3．2 m×7 m+1．8 m 的粉磨兼烘干生料磨和φ3．5 m×10 m的中卸生料磨都是采取常规落地式减速机中心传动。该厂中心可调结构，只要转动轴瓦就可校正轮齿啮合面，定位螺栓设在水平接合处。这种减速机采用弹性扭力轴均载系统，当两个首级大齿轮由于制造、安装或运转变形可能产生相对误差时，可通过两根弹性扭力轴产生不同的扭转变形来实现均载。这种减速机功率双分流，对称布置，同轴式结构。系统简洁，结构简单，实用可靠。箱体采用焊接钢板结构，由上、下两部分组成，整体重量较轻，日常维护简单传动管磨机主减速机的特性参数见表1。这4台减速机都是采取常规落地的传动形式安装，应用弹性扭力轴变形实现功率双分流均载，有3台是平行轴二级双分流式硬齿面减速机，只有JSXl 300A1台由于齿轮减速比的原因，采用平行轴二级双分流硬齿面减速机，外挂1台PGXl 80／5．6行星齿轮箱，都是采取集中强制润滑的润滑方式，润滑油为N320号中负荷齿轮油。

2．2故障简介

M水泥厂这4台中心传动管磨机主减速机自1 989年1 2月第一台减速机JS 1 000型投入运行，到2003年8月第四台减速机MFY200-01型投入运行，有3台减速机JS 1000型、JSX一1 300A型、JS 1100型相继发生过多次故障，故障简介见表2。从表2可知，3台减速机的故障类型既有共同点又有不同之处。总的来讲，减速机的故障类型主要是：末级大齿轮断齿；末级小齿轮剥落、断齿掉块；首级小齿轮点蚀、剥落掉块；首级大齿轮点蚀；锥套与末级小齿轮轴(右侧)传动扭力轴柱销断裂；压盖紧固螺栓断裂；末级小齿轮轴(右侧)轴瓦研伤；首级小齿轮轴的滚动轴承点蚀、散架；PGXl80／5．6行星减速箱的太阳轮和行 星轮轮齿断裂，内齿圈断裂，等等。 2．3故障分析

2．3．1减速机断齿的原因分析

从故障简介里可知，该类型减速机最常见、最容易发生的故障就是轮齿剥落、点蚀、掉块和断齿，特别是低速级的齿轮，掉块、断齿现象最为频繁。在供油油质、油量、油压、传动负荷等都正常的情况下，JS 1000减速机分别在1994年7月5日和1999年10月7日，JSX一1300A减速机在1997年10月20日，相继发生三次相当严重的断齿现象，都是发生在低速级齿轮上，其中有两次发生在与管磨机相联接的输出大齿轮上，而且断口形状、位置十分相似(图4)。减速机的输出大齿轮转速最低，承受的转矩最大，受力最大，齿轮的直径和单重最大，毛坯锻造、机械加工和热处理、安装要求难度也最大，若在技术、控制、质量检验等某一道工序中把关不严，就可能会造成该齿轮在使用中发生问题。减速机发生断齿后，修复难度大、费用高、周期长，对工厂的生产影响大。况且，JSX-1 300A减速机投入运行一年零一个月左右，就发生一次折断6个轮齿的现象，断口的长度超过齿长的82．6％非常值得我们深思，更需要设计、制造、安装和使用部门一起进行认真地研究、分析和探讨。

断齿的因素较多，工况条件复杂，并且没有制造厂家的热处理温度曲线图、探伤检查报告、材质分析报告以及毛坯制造的情况记录，不能轻易对断齿进行深层次的原因分析。但是，根据现场观察和分析，笔者对JS 1000和JSX-1 300A减速机这三次断齿

的原因有个初步的倾向性看法：这三次断齿的位置都不对称，都不是发生在齿根部位，断口形状与一般疲劳断裂的断口形状相似，在断口上能够明显地观察到疲劳源、光滑的或贝壳状的疲劳裂纹发展区和粗糙的瞬断区。根据GB348 1—83《齿轮轮齿损伤的术语、特征和原因》判断，基本上属于随机断裂。主要是由于缺陷或过高的有害残余应力所诱发，可能是夹杂物、微细磨削裂纹或不适当的热处理引起的局部断裂。从断口形态和部位分析，首要原因可能是材质夹杂、毛坯锻造有问题；其次是淬火与渗碳工艺欠佳，或其它原因造成齿轮本身质量问题。后来，与郑州、洛阳等地的有关专家一起进行详细地检测、分析和讨论，对断齿主要原因的分析结果基本相同。

中心传动管磨机在运行中，我们希望其中心线和主减速机及电动机的中心线位于同一条轴线上，这样运行才能平稳，尤其可使主减速机的齿轮进入良好的啮合状态。断齿发生后，用百分表测量φ3．2 m×7 m+1．8 m盼磨兼烘干生料磨与JS 1000减速机中心线的相对位置，发现生料磨出料端的传动接管法兰中心比减速机中心线高出4．32 mm，并且左右偏差3．53 mnl。后来，测量φ3．8 m×1 2 m水泥磨与JSX-1 300A减速机中心线的相对位置，以及测量φ3．5 m ×10 m中卸生料磨与JS 1 100减速机中心线的相对位 置，也发现都有很大的偏差。以cI：,3．2 m×7 m+1．8 m 粉磨兼烘干生料磨来讲，尽管生料磨出料端和主减 速机的输出端都安装有调整中心的弹性模片，两弹 性模片之间还有几米长的传动轴，但是由于生料磨 的中心线和主减速机的中心线不在同一条轴线上， 在运行中，生料磨将通过传动轴给主减速机的输出 轴一个很大的斜拉力，使主减速机低速大齿轮的齿 轮轴歪斜，其中心线和与其啮合的两个小齿轮的齿 轮轴中心线不平行，导致低速大齿轮和两个小齿轮 的轮齿啮合面减小，增加轮齿的偏载负荷。如果再 考虑如下情况：生料磨在运行中，由于筒体、衬板、 磨内零部件和物料的重量影响，筒体向下发生弯曲， 中部产生挠度，两端轴承处产生转角，出料端的传 动接管法兰上翘，使生料磨出料端的中心线相对抬 高；在运行中研磨体不断撞击，产生很大的热量使 生料磨筒体温度上升，筒体膨胀，生料磨的中心线 也随之升高，虽然运行时主减速机的中心线也会随 着温度上升而升高，但是由于生料磨的增幅比主减 速机的增幅大，使生料磨出料端的中心线相对抬高。 这就更加剧了减速机轮齿啮合面的减小和轮齿的偏 载负荷。在检查JS 1000减速机时，发现末级大齿轮 与两侧小齿轮齿面接触长度最短的只有90mm长， 仅为齿长的21．4％，与设计要求的接触长度相差很大， 接触面积太少，并且一个是前接触一个是后接触； 末级大齿轮齿轮轴两端轴承的顶间隙一大一小，外 大内小，相差0．5 mm左右。这说明大齿轮的齿轮轴 与两个小齿轮的齿轮轴中心线不平行，在运行中歪 斜不水平，齿轮长期处于严重地偏载运行。由上面 分析可知，在运行中，管磨机的中心线和主减速机 的中心线不在同一条轴线上，导致齿轮长期处于严 重地偏载，这也是减速机发生轮齿掉块、断齿等故 障的一个重要原因。

影响质量的因素较多，工况条件复杂，当然导致断齿的原因也比较多，像减速机的安装水平度、减速机基础下沉及选用的润滑油等等。 2．3·2 减速机锥套与小齿轮轴的传动扭力轴柱销断裂的原因分析

从故障简介里可以看出，JSX一1 300A减速机在1997年10月20日和JS 1100减速机在2003年4月28日分别发生了锥套与低速级小齿轮齿轮轴(右侧)的10条传动扭力轴柱销全部断裂现象。

该类型主减速机是通过传动扭力轴柱销将挠性 扭力轴传递给锥套的转矩，再传递给小齿轮轴的。 为了传递转矩平稳，增强传动扭力轴柱销的可靠性， 传动扭力轴柱销

与销孔的安装配合属于过渡配合， 在锥套与小齿轮轴法兰的联接处，传动扭力轴柱销 存在很大的应力集中现象。该类型主减速机是平行 轴圆柱齿双分流式减速机，一个小齿轮驱动两个大 齿轮，进行首级减速；再由两个小齿轮共同驱动一 个大齿轮，完成末级减速，将转矩传递给管磨机。 从电机侧看，管磨机为顺时针方向旋转，在两个小 齿轮共同驱动一个大齿轮的过程中，两个小齿轮处 在大齿轮的两侧，必定是有一个小齿轮(左侧)向 上抬大齿轮，同时有一个小齿轮(右侧)向下压大 齿轮，才得以共同驱动大齿轮，并使其旋转。因为 向下压的小齿轮(右侧)是主动轮，小轮齿受大齿 轮的反作用力，该反作用力大于小齿轮轴(右侧) 重力，根据力的平移定理，反作用力移到小齿轮轴 的中心，附加一个力偶，力偶向上抬起小齿轮轴轴 颈。由于齿轮的制造、安装精度不高，齿面啮合间 隙不理想，齿轮同步差，运行中，向下压大齿轮的 小齿轮轴在滑动轴承的上瓦和下瓦之间经常跳动， 导致传动扭力轴柱销的应力集中爆发而使其断裂。

2．3．3减速机末级右侧小齿轮轴内侧上瓦研伤的原因 分析

从故障简介里可以了解到，在2005年1月8日，JS l 100减速机发生末级小齿轮轴(右侧)内侧的上瓦轻微研伤，而其他轴瓦基本上没有磨损，没有发现问题。为什么这副瓦会研伤呢?

就如故障简介里所讲，在2 0 0 3年4月2 8日，JS l 100减速机锥套与末级小齿轮轴(右侧)的10条传动扭力轴柱销(φ39 mm×1 20 mm)全部断裂，当I时我国多个地区发生“非典”疫情，许多单位根据情况都采取了封闭措施，并且水泥厂内缺乏加工传动扭力轴柱销和铰制销孔的材料和设备，不能进行彻底处理，只能临时采取用40Cr钢加工10条轴柱销装上，进行简单的处理，导致轴柱销与销孔结合不紧，末级小齿轮轴(右侧)与挠性扭力轴的相对位置不固定。正象前面所讲，φ3．5 mm×10 mm中卸生料磨与JS l 100减速机中心线的相对位置有很大的偏差，低速大齿轮和两个小齿轮的轮齿啮合不好，两个小齿轮一个是前接触一个是后接触，而右侧的小齿轮是后接触；由于右侧的小齿轮轴在运行中经常跳动，内侧轴瓦位置比外侧轴瓦位置跳动量大。另外，轴瓦获得润滑的基本条件为：两润滑表面必须能够相互倾斜而使其间的油膜呈收敛楔形——移动件带着润滑油由大口走向小口；润滑油供应充分，使油液形成积聚。而右侧小齿轮轴轴瓦的润滑油经上面的油孔进入，经瓦背面的油沟和瓦上面的注油孔进入到轴、瓦之间。小齿轮轴跳起时，润滑油的重力向下，而轴带油方向向上，两力方向相反，不利于油的楔入；轴与下瓦之间的间隙较大，润滑油都从该间隙流走了；上瓦瓦口侧隙窄，形成的贮油室小，造成油量供应相对不足。这些因素使上轴瓦供油相对不足，不能形成良好的油膜，从而导致上轴瓦研伤。

3中心传动管磨机主减速机故障处理的要点

中心传动管磨机主减速机发生故障后，在对现场详细观察分析，搞清楚故障情况，并保留故障遗留的实物和必要的检测情况记录，积极与制造厂家联系，认真细致地分析故障原因，在想方设法迅速恢复生产和力争把损失降到最小的原则指导下，根据实际情况制订切实可行的处理方案。减速机齿轮断齿故障，要将断齿部分打掉，清除裂纹的扩展部分，并将毛剌、尖角用砂轮打圆磨光；检查齿面啮合情况，尽量调整到最佳状态；酌情减负荷运行，加强状态监测、润滑油管理和提高维护操作水平，尽量减少启动次数，尽快与制造厂家签订配件定购合同，并就下一步安装调试达成协议。减速机传动扭力轴柱销断裂故障，要检查齿面啮合的同步隋况，尽量调整到最佳状态；重新铰制销孔，并根据每个销孔的情况配置传动扭力轴柱销。减速机轴瓦研伤故障，要重新刮研轴瓦，严格控制轴瓦各处间隙。总之，减速机发生故障后，首先要在查处故障原因的基础上，考虑到设备、工具、经验和技术等方面的原因，尽量请制造厂家派人检修或来人指导检修，

验收把关，保证质量，节省时间，把损失降低到最小。 4中心传动管磨机主减速机使用和维护的几点想法

现在，国产的大型平行轴双分流式硬齿面减速机在大型中心传动管磨机上应用越来越多，质量要求越来越高，正确使用和精心维护就显得特别重要，鉴于此，在这里谈几点想法。

(1)中心传动管磨机主减速机的问题应该引起重视，尤其是末级输出大齿轮应有更高的可靠性和较大的服务系数。

(2)水泥行业要高度重视中心传动管磨机和主减速机的安装中心线问题，需要尽快制定出科学统一的安装标准。到目前为止，关于中心传动管磨机和主减速机中心线的相对位置仍然没有一个科学统一的安装标准，还存在不同的安装观点。有的认为安装时两者中心线的理论位置应位于同一轴线中，JC334．1—94《水泥工业用管磨机行业标准》第4．3．3．4条规定“中心传动管磨机主减速器的低速轴与传动接管法兰轴线的同轴度，当无特殊规定时按不大于φO．4 mm执行”，这条规定的含义首先是要求同轴，同时可以留有φO．4 mm的公差范围；有的认为安装时减速机中心线应略低于管磨机中心线，在JCJ03-90《水泥机械设备安装工程施工及验收规范》中要求“使减速器下机体的上表面与管磨机的轴心在同一标高上，偏差不应大于O．5 mm，且减速机应低于管磨机\；有的认为减速机中心线应略高于管磨机中心线，且相互之间应有一夹角，瑞士马格公司在CPU一22型2 500 kW行星齿轮减速机的技术文件中建议，磨头支承需提高，使磨尾下沉，以使减速机和管磨机的理论中心线高于管磨机出料传动接管法兰中心。笔者倾向于减速机中心线应略高于管磨机中心线。因为，管磨机在装球后会产生挠度，且挠度随着管磨机支承间距离和直径比值的增加而增加，这样不仅迫使管磨机传动接管法兰中心升高，而且使传动接管法兰端面转动一定角度。由于管磨机和减速机的特性要求，管磨机在正常运转时，其传动接管中心与减速机输出轴位于同一直线中，且传动接管法兰端面位于垂直平面中，才是理想位置。当然，要达到这种理想位置很困难，需要精确的计算和一定的实践经验，但是，可以通过安装时调整它们之间的相对位置，以尽可能地获得运转中的最佳状态，使减速机的制造质量得以保证。

(3)使用厂家应熟悉减速机的原理、结构和零部件维护要点，掌握使用、维护和操作的要领，实行专人负责，操作人员要进行必要培训考核，持证上岗。工程技术人员要加强定期的设备状态监测，协助车间、岗位做好日常的设备管理工作。 参考文献

[1]周伟康．大型磨机的传动设计及装置介绍[J】．水泥，1997(3)． [2]张六飞．管磨机与其中心传动动减速机中心线相对位置 的确定[J]．水泥，1999(1)：25～28． [3】郭洪运．中心传动磨机主减速机断齿的分析及处理[J]．中国 建材装备，1 999(4)．

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