立式行星減速機故障原因分析及修復工藝

【摘 要】立式行星減速機是門機旋轉工作機構主要部件，立式行星減速機一旦損壞，維修難度大，工期長，對生產影響較大，針對日照港集團嵐山公司管理使用的部分立式行星減速機的損壞，詳細分析了其損壞的原因和形式，制定了相應的自主修復工藝對策，修復效果良好，為類似立式行星減速機修復提供參考。

【關鍵詞】港口；門座式起重機；旋轉減速機；修復工藝

0.引言

近年來，受國內需求不斷增長的積極推動，我國經濟持續處于平穩較快增長，門機以其優良的技術性能得到廣泛使用，成為各港口重要大型裝卸設備之一。日照港集團嵐山公司現有散件貨泊位10個，門機67臺，隨著部分門機使用年限延長，設備逐年老化，部分立式行星減速機故障率較高，嚴重影響了設備的使用壽命和安全運行，給港口生產作業及設備管理工作帶來一定影響。

針對針對以上存在的現狀和問題，我們以“強化設備自主維修，保障港口安全生產”為目標，經過近幾年的立式行星減速機拆解維修，如下拆解示意圖所示，我們逐步總結出了立式行星減速機的損壞原因及自主修復工藝，取得了良好修復效果。

1.行星齒輪的基本結構

齒輪絕大部分都是轉動軸線固定的齒輪。它們的轉動中心（與圓心位置重合）往往通過軸承安裝在機殼上，因此，它們的轉動軸都是相對機殼固定的，因而也被稱為\"定軸齒輪傳動。

行星齒輪減速機主要傳動結構為行星輪，太陽輪，外齒圈。行星齒輪的轉動軸線是不固定的，是安裝在一個可以轉動的支架（藍色）上（圖中黑色部分是殼體，黃色表示軸承）。行星齒輪（綠色）除了能象定軸齒輪那樣圍繞著自己的轉動軸（B-B）轉動之外，它們的轉動軸還隨著藍色的支架（稱為行星架）繞其它齒輪的軸線（A-A）轉動。繞自己軸線的轉動稱為\"自轉\"，繞其它齒輪軸線的轉動稱為\"公轉\"，就象太陽系中的行星那樣，因此得名“行星齒輪”。

也如太陽系一樣，成為行星齒輪公轉中心的那些軸線固定的齒輪被稱為\"太陽輪\"，如圖中紅色的齒輪。在一個行星齒輪上、或者在兩個互相固連的行星齒輪上通常有兩個嚙合點，分別與兩個太陽輪發生關系。如右圖中，灰色的內齒輪軸線與紅色的外齒輪軸線重合，也是太陽輪。

軸線固定的齒輪傳動原理很簡單，在一對互相嚙合的齒輪中，有一個齒輪作為主動輪，動力從它那里傳入，另一個齒輪作為從動輪，動力從它往外輸出。也有的齒輪僅作為中轉站，一邊與主動輪嚙合，另一邊與從動輪嚙合，動力從它那里通過。

2.行星齒輪的結構組合及運動規律

由于存在行星架，有三條轉動軸允許動力輸入/輸出，在需要的時候限制其中一條軸的轉動，剩下兩條軸進行傳動，互相嚙合的齒輪之間的關系就可以有多種組合，以單排行星齒輪機構的結構組成為例。

設太陽輪、齒圈和行星架的轉速分別為n1、n2和n3，齒數分別為Z1、Z2、Z3；齒圈與太陽輪的齒數比為α。則根據能量守恒定律，由作用在該機構各元件上的力矩和結構參數可導出表示單排行星齒輪機構一般運動規律的特性方程式：

n1+αn2-（1+α）n3=0 和Z1+Z2=Z3

由上式可看出，由于單排行星齒輪機構具有兩個自由度，在太陽輪、齒圈和行星架這三個基本構件中，任選兩個分別作為主動件和從動件，而使另一元件固定不動（即使該元件轉速為0），或使其運動受一定的約束（即該元件的轉速為某定值），則機構只有一個自由度，整個輪系以一定的傳動比傳遞動力。下面分別討論各種情況。

在n3=n1 或n2=n3 時，同時可得n1=n2=n3。故，若使三元件中的任何兩個元件連成一體旋轉，則第三元件轉速必與二者轉速相等，即行星排按直接擋傳動，傳動比i=1。

當所有元件都不受約束，可以自由轉動，則行星齒輪機構失去傳動作用，此種狀態相當于空擋。

行星式齒輪減速器由一個內齒環（A）緊密結合于齒箱殼體上，環齒中心有一個自外部動力所驅動之太陽齒輪（B）介于兩者之間有一組由三顆齒輪等分組合于托盤上之行星齒輪組（C）該組行星齒輪依靠著出力軸、內齒環及太陽齒支撐浮游于期間；當入力側動力驅動太陽齒時，可帶動行星齒輪自轉，并依循著內齒環之軌跡沿著中心公轉，行星之旋轉帶動連結于托盤之出力軸輸出動力。

立式行星減速機工作原理為，旋轉電機輸出軸通過聯軸節、制動輪將輸出扭矩傳遞至旋轉減速機輸入軸，經第一級減速總成、第二級減速總成減速后、將旋轉電機扭矩通過減速機輸出軸傳遞至旋轉小齒輪，旋轉小齒輪驅動門機回轉大軸承完成門機回轉。

圖1 立式行星減速箱傳動過程圖

以原上海港機廠生產的M10-30型門機T31型立式行星減速箱為例，其特性如表1所示。

表1 立式行星減速箱兩級行星減速特性

對于MQ2533型和MQ2535型門機，這兩種類型門機旋轉減速箱的總傳動比可達47.49。

3.拆解維修中立式行星減速機損壞形式

通常，減速機齒輪損壞的形式主要有斷齒、齒輪磨損（齒面點蝕、齒面剝落）等形式，斷齒主要受制造質量以及載荷過大等因素影響，齒輪磨損主要受原材料選用、熱處理工藝、嚙合精度以及使用中潤滑不良等多種因素影響。

經拆解發現，我港立式行星減速機損壞主要有以下三個方面：

一是旋轉減速機內各機構軸承間隙增大，特別是第二級齒軸上、下部的壓力軸承損壞較為嚴重，軸承保持架損壞，軸承滾珠基本脫落。

二是旋轉減速機內各級齒輪和齒圈及低速軸花鍵等部位的齒面存在點蝕或斷齒現象，損壞程度輕重不等。

三是旋轉減速機下箱體與旋轉定位法蘭配合接觸面磨損較大，磨損深度1-3mm不等。

圖2 第二級齒軸壓力軸承保持架損壞

圖3 第一級減速總成齒輪斷齒

4.損壞原因分析

門機旋轉機構是門機作業的主要工作機構之一，立式行星減速機的受力載荷受貨種、船型、艙內貨物配載、人員操作等諸多因素影響，受力載荷不均勻，瞬時的沖擊載荷較大，易造成內部各軸承、齒輪等磨損以致損壞。

通過分析立式行星減速機工作原理、作業工況、損壞情況，我們逐步總結出以下結論：隨著門機使用年限的增加，立式行星減速機下箱體與固定法蘭配合面磨損，以及內部各軸承、齒輪配合面磨損間隙增大，以致立式行星減速機工作時，立式行星減速機下箱體與固定法蘭配合間隙過大，配合處曠動，減速機內部壓力軸承和各齒輪受力載荷不均勻，過早損壞，現場拆解來看壓力軸承損壞也是最為嚴重，以致其他齒輪、齒軸出現不同程度的點蝕、斷齒。

5.相應修復工藝對策

我們采取如下針對性自主修復工藝：

（1）按輸入軸→輸出軸的順序將減速機內各部件逐一拆解，清除各齒輪、齒軸表面的鐵屑、積油等雜質并清洗干凈。

（2）對減速機內部磨損間隙較大的軸承進行更換，重點對型號為：51206的壓力軸承進行更換，采用德國SKF軸承。

（3）對損壞的內部各齒軸、齒輪進行更換。

（4）用耐磨焊條對下箱體與固定法蘭配合面磨損處進行焊補，并用磨光機找平磨圓。

（5）按輸出軸→輸入軸的順序進行重新裝配，對裝配好的減速機進行整體防腐涂裝，放入備件區存放備用。

（6）維修吊裝前注入新的潤滑油脂。

6.取得成效

我們結合公司設備自主維修的實際情況，在實際維修作業過程中不斷摸索，總結出了一套立式行星減速機修復工藝。2008年以來，我們累計自主拆解修復立式行星減速機50余臺套，修復后的立式行星減速機運行平穩，使用壽命大大延長，修復效果良好。同時解決了立式行星減速機委外維修成本高、維修時間長，影響港口生產問題，并且培養了一批專業的技術維修隊伍。

經測算，相對于立式行星減速機委外維修，僅自主維修節約成本及減少門機故障停機修復時間這一塊，年間接創造經濟效益200余萬元。 [科]

【參考文獻】

[1]丁康，李巍華.齒輪及齒輪箱故障診斷實用技術，機械工業出版社，2005.

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