2000型壓裂車變矩器PTO易損原因分析及建議

車昊陽　李海洋（川慶鉆探工程公司長慶井下技術作業公司，陜西　西安　710018）

2000型壓裂車變矩器PTO易損原因分析及建議

車昊陽李海洋（川慶鉆探工程公司長慶井下技術作業公司，陜西西安710018）

變矩器PTO（取力器）作為變矩器的輔助裝置，主要用于完成動力的輸出。由于2000型主壓車的PTO安裝在變矩器的上方，PTO發生故障時產生的異物會進入變矩器中，破壞變矩器的零部件，從而出現大的設備故障。本文通過對變矩器PTO損壞故障的分析，找出原因，制定相應的對策，避免大的設備故障，減少損失。

壓裂車；變矩器；PTO；設備故障

1　目的意義

該車型臺上部分使用的變矩器為美國艾利遜公式生產的Allison 9800M系列變矩器，PTO選用的是派克漢尼芬公司（Parker Hannifin Corporation）生產的CHELSEA型PTO。該PTO安裝在Allison 9800M變矩器的上方，與變矩器聯通，因此當PTO發生故障時，產生的異物（鐵屑、軸承滾珠、軸承架、斷齒等）會通過聯通部分進入到變矩器，輕則會造成變矩器油路堵塞，內部零件超常規磨損，重則會完全破壞變矩器內部零件，以至于變矩器報廢。

2　故障概況

2.1齒輪折斷：不同于常見的齒輪齒根斷裂，PTO齒輪的折斷部位出現在PTO中間齒的節線附近，且多數都是偏向動力輸出端的一半折斷。

2.2輪齒點蝕、膠合：齒輪的點蝕也多出現在PTO中間齒的節線上方，且點蝕面不均勻，呈“梯形”，偏向動力輸出端一側點蝕面積大，點蝕程度高，齒面有金屬剝落，部分齒齒尖出現崩裂現象。齒面上形成垂直于節線的劃痕狀膠合。

2.3軸承保持架碎裂，滾珠脫落：PTO兩根平行軸分別采用的是圓錐滾子軸承和圓柱滾子軸承。

PTO的軸承故障主要表現在Ⅰ、Ⅱ號軸承軸承保持架碎裂，軸承滾珠脫落，脫落的滾珠和碎裂的軸承架進入到變矩器內部，當變矩器高速運轉時會破其內部結構。

3　故障原因分析

3.1齒輪折斷原因分析

一般而言齒輪受較大的過載或沖擊時會發生突然斷齒，但多數折斷位置出現在齒輪根部。可以看出PTO中間齒的斷裂卻出現在節線附近，且齒輪只是部分折斷，中間齒的圓柱滾子軸承散架，同時PTO輸出齒和PTO中間齒的嚙合出現了錯位，只有部分齒面接觸，齒輪沿齒寬方向約2/3處折斷，其余1/3齒面接觸點很少，無明顯損傷痕跡，各齒的斷口基本相同，有明顯的塑性變形，斷口參差不齊。

因此可以判斷這是由于齒輪負載突然加大，加之潤滑不足，散熱不良，齒輪軸出現輕微變形，相嚙合的兩個齒輪中心距變大，傳動的平穩性降低，使得軸承散架；同時齒輪軸因變型產生的軸向應力，使得相互嚙合的兩個齒輪出現軸向位移，齒輪脫離嚙合，嚙合面積減小，齒輪單位面承受的剪應力加大，出現的咬齒、斷齒現象。

3.2齒輪點蝕、膠合現象分析

從PTO中間齒輪齒面局部磨損情況分析，中間齒輪沿齒寬方向存在載荷分布不均勻現象，存在明顯“偏載”，使得點蝕面呈現“梯形”，殼體不同程度的磨損，齒輪軸軸向串動。

3.2.1箱體誤差：齒輪箱中心線的平行度誤差是齒輪偏載最直接的因素，它包括水平方向的平行度誤差和垂直方向的平行度誤差，它們的最終表現形式是一對正常齒嚙合時，沿齒寬方向側隙值的變化，以及接觸斑點的變化。

3.2.2安裝誤差：齒輪在往軸上安裝時，齒輪內孔與軸配合要適當，保證齒輪定位端面與軸的垂直度和齒輪節圓與軸的同軸度，否則齒輪歪斜就會造成兩齒輪的平行度誤差；另外，與PTO輸出齒輪相配套使用的軸承，為圓錐滾子軸承，這種軸承安裝精度要求較高，軸承間隙調整不易，會影響兩齒輪軸的平行度，使得兩平行軸不再平行，導致齒輪偏載.

3.2.3使用誤差：軸向力是齒輪傳動中的不利因素，即使在兩個直齒輪的

嚙合中也不可避免的出現軸向力。由于軸向力的存在，加速了圓錐滾子軸承的磨損，軸承磨損后，軸向間隙增大，在負載作用下，兩齒輪軸線呈空間交叉狀態，即兩齒輪軸線的平行度產生了誤差，加速箱體軸孔的不均勻磨損，使兩軸線不平行造成偏載。

4　軸承散架原因分析

齒輪嚙合時瞬間產生的高溫，加之油液散熱條件不好，缺少通氣孔，導致整個箱體及軸承發熱，使得軸承滾動體和內外滑道磨損加快，影響軸承使用壽命。更為不利的是油溫高會使潤滑油黏度降低，軸承滾動面難以形成油膜，軸承會因潤滑不良而加劇磨損，縮短其使用壽命。

另外，兩傳動齒出現偏載，齒輪偏離正常的運動條件后，會使嚙合狀況急劇惡化，傳動穩定性降低，出現循環的局部應力尖峰，這大大超出了軸承的承受能力，使的軸承散架或滾動體脫落。

5　改進建議

5.1齒輪裝配時，要注意軸承游隙的調整，因為無負荷與加載時的接觸面會有很大出入。同時在齒輪運轉一定時間后，要定期檢查和調整軸承游隙。因為齒輪傳動中總會產生一定的軸向力，軸向力會長時間持續加力于軸承滾動體和內外滑道，使其磨損而增大軸承的軸向及徑向間隙，導致兩齒輪軸線不平行，故應消除過大的間隙。

5.2應充分注意閉式齒輪傳動中的熱平衡問題，這一現象在生產實際中普遍存在，由于齒輪嚙合瞬時產生的高溫和油液散熱條件不好等因素，形成的油液蒸汽在殼體內聚集，無法順利排出，會導致整個箱體發熱，箱體長期受熱變形。因此可以在PTO殼體上部安裝通氣孔，使產生的蒸汽及時排出，改善機械工況。

5.3安裝時確定動PTO的齒隙極限：安裝時應認真檢查PTO的安裝齒隙。齒隙過大或不足都會使變矩器和動力輸出總成損壞。

5.4變矩器有油底殼總成和粗濾器總成，油底殼的殘屑保留在粗濾器內，鐵制物體會吸附在粗濾器中的磁棒上面。

定期的打開粗濾器，觀察殘屑和磁棒上的鐵制物，通過這些可以了解變矩器的磨損情況，如發現異常磨損（除了一般被截留在濾清器和磁棒的微小顆粒外）應立即停止使用，解體檢查。

變矩器的油和濾芯應每隔1200h或更早更換，取決于工作任務的環境的類型。此外，若發現變色或強烈氣味說明有油污或經過高溫作業，油必須更換。在兩次換油之間，600h必須更換濾芯。