中心传动管磨机主减速机的故障原因分析.doc

中心传动管磨机主减速机的故障原因分析

潘绍民 新疆屯河沙湾五宫水泥分公司

1 摘要
JS-JSX系列中心传动磨机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、齿剥落、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和安装缺陷及基础下沉、同心度偏差等原因所造成；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。国产川齿JS-JSX系列中心传动磨机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
2 引言
管磨机是水泥厂的关键设备之一，自第一台管磨机诞生以来，至今已有一百多年了。现在尽管发明了立磨、辊压机、辊筒磨、滚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。
3 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。

管磨机 传动轴 主减速器 主电机
图1常规落地式中心传动减速机

管磨机 主减速器 主电机
图2直联悬挂式减速器中心传动
此文所述的中心传动管磨机主减速机主要是指JS-JSX系列中心传动磨机减速机(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

图3 JS-JSX系列中心传动磨机减速机图片
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，日常维护简单便利，不足之处是工艺布置占地大，造价偏高。
4 我公司中心传动管磨机主减速机的故障分析
4.1技术参数
我公司年产水泥85万t，拥有1台φ1.7 m×2.5 m的风扫式煤磨、1台φ2.2 m×3 m的风扫式煤磨、1台φ2.4 m×4.75 m的风扫式煤磨；1台φ3 m×11 m的水泥磨、1台φ3.5m×11.5 m的水泥磨、1台φ3.8 m×13 m的水泥磨；1台φ3.2 m×9 m的烘干生料磨，1台φ3.5 m×11 m的中卸生料磨；总共拥有8台管磨机。其中3台煤磨都是采用边缘传动，1台φ3 m×11 m的水泥磨、1台φ3.5m×11.5 m的水泥磨、1台φ3.8 m×13 m的水泥磨；1台φ3.2 m×9 m的烘干生料磨，1台φ3.5 m×10 m的中卸生料磨都是采用常规落地式减速机中心传动。我公司中心传动管磨机主减速机的特性参数见表1。有5台是JS-JSX系列中心传动磨机减速机，采用平行轴二级双分流硬齿面减速机，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。
4.2故障简介
表1 中心传动管磨机主减速机的特性参数
管磨机规格
φ3.8m×13m水泥磨
φ3.5m×11.5m水泥磨
φ3.2m×9m烘干生料磨
φ3.5m×10m中卸生料磨
φ3m×11m水泥磨
制造厂商
减速器型号
传递功率(kw)
投入运行时间
传动形式
结构特点
均载形式
润滑方式
润滑油
四川齿轮箱厂
JS140
2800
2005年8月
中心落地
平行轴双分流
弹性扭力轴变形
集中强制润滑
N320中负荷齿轮油
四川齿轮箱厂
JS130
2000
2002年5月
中心落地
平行轴双分流
弹性扭力轴变形
集中强制润滑
N320中负荷齿轮油
四川齿轮箱厂
JS110-A
1250
2001年1月
中心落地
平行轴双分流
弹性扭力轴变形
集中强制润滑
N320中负荷齿轮油
四川齿轮箱厂
JS110-B
1400
2005年5月
中心落地
平行轴双分流
弹性扭力轴变形
集中强制润滑
N320中负荷齿轮油

四川齿轮箱厂
JS110-A
1250
2000年8月
中心落地
平行轴双分流
弹性扭力轴变形
集中强制润滑
N320中负荷齿轮油
我公司这5台中心传动管磨机主减速机自2000年8月第一台减速机JS100-A型投入运行，到2005年8月第五台减速机JS140投入运行，有1台减速机JS140（3#水泥磨）、JS110-A 2台（2#水泥磨、1#生料磨）相继发生过故障， 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：末级小齿轮剥落、断齿掉块；首级小齿轮点蚀、剥落掉块等等。
我公司新线三区2005年5月投产的日产1000吨生产线，3#水泥磨φ3.8×13m的主减速机JS140，2800kw，743r/min，i=44.562:1，出厂编号5618，出厂日期2003年8月。2007年3月22日开机发现4号瓦温度过高，23日停机检查，发现人字齿左二级小齿轮靠输入端已剥落3-4个齿面损坏，（在左3#轴瓦处，靠输入端上部10-15mm处）。打开检查孔盖用手电筒检查发现，左二级小齿轮靠输入端有三齿齿面损坏，相连接的在三个齿打坏，斜齿面二处有起皮现象，并有粘起裂纹，另一个齿面有二块皮己经掉。经过与厂家联系2007年3月23日下午4点左右，重庆齿轮箱有限责任公司厂家售后服务部张高田部长和曾德渝到现场查看和分析，要求车间全面对大、小齿轮检查一遍，是否有损坏处，并要求对三个齿轮面损坏之处，起皮、裂纹之处全部去掉，最后打磨毛刺和高处为光滑面。
经分折此台磨机减速机安装时同轴度有问题，由更换了前、后中空轴也影响同轴度，左、右二级小齿轮也有偏载现象。因一个齿轮打掉一至二小块皮后，粘夹影响了其它二个齿。
2007年3月24日经领导同意与新疆恒达机电设备有限责任公司双方友好协商达成如下技术要求和协议；由甲方指定乙方技术人员负责，对甲方1#、2#、3#水泥磨、1#、2#生料磨主减速机检查、调整、维护、保养。总计费用：10000元。
4．3故障分析
4．3．1减速机故障的原因分析
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（图4）。在供油油质、油量、油压、传动负荷等都正常的情况下；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

图4齿剥落照片
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。减速机故障的原因分析，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。
剥落、点蚀、剥落掉块的因素较多，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，不能轻易对齿轮进行深层次的原因分析。
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。减速机故障的原因分析；磨机与减速机中心线的相对位置检查，磨机出料端的传动接管法兰中心与减速机中心线高低不平、左右偏差也是造成减速机小齿轮剥落、点蚀、剥落掉块的主要原因，尽管磨机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，但是由于磨机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，磨机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：磨机在运行中，由于简体、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，使磨机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简体温度上升，简体膨胀，磨机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，但是由于磨机的增幅比主减速机的增幅大，使磨机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90 mm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、剥落、点蚀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，当然导致剥落、点蚀、剥落掉块的原因也比较多，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。
4.3.2 经过厂家川齿售后服务部张部长和曾工到现场查看，提出整改建议：
（1）厂家为防止减速机箱体变形前和使用过程中发生某些故障需要更换齿轮，为此设计了偏心滑动轴承，以便于齿轮接触斑点的调整。张部长根据实际经验和现场实际左、右一级大齿轮齿和左、右二级小齿轮齿面接触点，估算出需要调整的偏心量前和方向。详见说明书图解。
（2）根据齿轮啮合情况分折，同轴度存在问题，应安排时间复查调整；应立即调整：左4#轴瓦逆时针20mm；调整右12#轴瓦顺时针15mm（己调10mm）；调整右11#轴瓦逆时针20mm；检查7号上瓦。
（3）检测减速机高差，调原安装的数据复查。并复查磨机与减速机中心线的同轴度，检查减速机箱体水平度，检查高速轴轴承游隙，严格按说明书执行。
5 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，并将毛刺、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情况，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，节省时问，把损失降低到最小。
6 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JS-JSX系列中心传动磨机减速机在大型中心传动管磨机上应用越来越多，质量要习之越来越高，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统。
(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φ0.4 mm执行”，这条规定的含义首先是要求同轴，同时可以留有φ0．4 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向上，偏差不应大于0．5 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，且相互之问应有一夹角，瑞士马格公司在CPU-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。
7 厂家综合性改进建议与措施报告
7.1 根据2007年3月23日-29日检查情况进行了现场调整和进一步检查。
7.2 JS系列五台减速机,都不同存在相同问题,因现场起吊设备问题,只检查了两台减速机的7号上瓦,从检查情况看7号上瓦都有明显摩擦痕迹,说明减速机输出大齿轮在负荷运转中是不稳定的。造成左、右二级小齿轮啮合偏载。主要原因是减速机与磨机同轴度超差引起。目前对减速机的轴瓦进行了调整是增加齿轮的啮合长度，但输出大齿轮运转不稳定问题仍没解决，建议在适当时机对原料车间1#出料磨编号3571进行同轴度复查和整改。其他几台减速机可加强观察，根据运转情况再定。
7.3 调整后的减速机应负荷运转一季度后检查齿轮啮合痕迹，并记录对比，并将结果告我售后服务中心，以便总结分析。
7.4 望查明减速机进水原因，并保证润滑质，以利减速机安全运行。
8 川齿对本公司磨机主减机技术、维护、保养、调整的培训
8.1 2007年3月30日中午2：00由行办组织对本公司机、电班长以上人员进行了培训：
（1）、对减速机各轴瓦的编号从新认识确定：按厂家的巡检器人面对减速机和电机分为左、右，从左边输入端开始为左1#瓦、左2#瓦、左3#瓦、左4瓦输出端，中间从输入端开始为中5#瓦、中6#瓦、中7#瓦、中8#瓦输出端，从右边输入端开始为右9#瓦、右10#瓦、右11#瓦、右12#瓦输出端。
（2）、对减速机齿轮偏载的调整：左、右一级大齿轮齿和左、右二级小齿轮齿面接触点，估算出需要调整的偏心量前和方向。详见《JS-JSX系列减速机安装使用维护说明书》中第16页5.5条其它说明-17-19页图解说明来调整判断。
（3）、减速机的滤网其它的全部拆除，因为影响磨机的温度，滤网加在进球减速机主油管外面1-2道。
（4）、慢驱调整丝杆根据松紧经常调整，刹车片为易损件要经常更换。
（5）、造成减速机与磨机同轴度差的原因分折：a、安装找正时，找正支表架钢性不够太软所造成。b、安装找正时，找正精度不够标准所造成。c、安装找正时，磨机为空的没有加钢球，安装好后磨机运行所造成。d、运行一段时间基础下沉所造成。e、后期的磨机调整和球面瓦的磨损所造成。f、更换前、后中空轴所造成。g、扭力轴传动的长短也有影响同轴度。
（6）、这次调整齿轮为延长齿轮啮合长度而进行的调整；定位销两边都可以钻孔；从减速机两端观查孔一个月观查一次齿轮的齿面啮合长度的情况。
（7）、检查润滑油的质量，发现变质和进水，定期化验油质和及时更换0.6-1年。
（8）、拆除扭力传动轴两端接盘内部各8个螺栓。
参考文献：
1  JC334.1—94〈水泥工业用管磨机〉
2  JCJ03—90〈水泥机械设备安装工程施工及验收规范〉
3、重庆齿轮箱有限责任公司《JS-JSX系列减速机安装使用维护说明书》
4、赵永平 钱永祥 云南钢嘉华水泥建材有限公司《中心传动管磨机主减速机的故障分析》［J］.新世纪水泥导报， 2007（4）：25-29

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