冶金橋式起重機減速機故障分析及預防

董立桐，李萬順

（天津天鋼聯合特鋼有限公司，天津301500）

0 引言

冶金橋式起重機是煉鋼生產線上的關鍵設備，而其主起升減速機是冶金橋式起重機的核心部分，其主要特點是作業率高、工作環境差、安全性能要求嚴格，如果發生事故將造成整個煉鋼生產線將處于癱瘓狀態。天津天鋼聯合特鋼有限公司（后稱聯合特鋼）煉鋼廠配置八部用于吊運液態金屬的冶金橋式起重機。2019 年在對橋式起重機主起升減速機點檢時，發現鋼水跨3#橋式起重機主升降減速機存在設備隱患，經查，減速機一側齒輪軸7 個齒的齒面有不同程度表面脫落，齒脫落面呈帶狀，長度約50～60 mm，發現問題后立即組織更換該起重機主升降減速機，并對換下的減速機進行了全面拆解檢查。

1 冶金橋式起重機減速機結構及參數

1.1 起重機減速機結構

聯合特鋼八部冶金橋式起重機主提升減速機型號、參數相同，可通用互換，減速機設計采用“一”字型臥式圓柱齒輪減速機結構，該結構由兩臺電機驅動，減速機兩個低速軸帶動兩個卷筒完成被吊物上升和下降作業。為了保證兩套驅動裝置運行同步，減速機輸出軸采用同步連接齒輪過渡。

1.2 起重機減速機型號及參數

減速機型號為QZJY5000—53.33，減速機起重量為180 t，工作級別M7，最大起升高度24 m，減速機重量約為20 t，可正反兩向工作。

2 故障減速機檢查情況及原因分析

2.1 故障減速機檢查情況

2019 年10 月份，點檢員發現鋼水跨3#橋式起重機主升降減速機運行時聲音異常、振動異常，在線打開檢修孔盤車發現兩根齒輪軸齒面硬度層有剝落情況，齒面出現大面積黏連性損壞，且損壞深度在1～2 毫米左右，尤其是左3 軸齒輪有7 個齒的齒面黏連性損壞面積達到50～80%，且損壞深度在1 毫米以上，運轉時存在異響且噪音巨大超標。圖1 為減速機各齒輪軸布置。

圖1 減速機各齒輪軸布置

針對上述問題，煉鋼廠于2019 年11 月24 日組織將該減速機整體更換，并組織專業技術人員對出現故障的減速機進行全面拆解檢查。通過檢測儀器對齒輪軸、齒面進行檢測。檢查發現的問題匯總如下：

（1）手動盤車逐個齒輪檢查外觀情況，檢查發現左3 軸、右3 軸、右4 軸齒輪硬度層脫落，齒輪嚙合偏載出現嚴重的點蝕剝落、膠合，齒輪軸存在不同程度磨損，如圖2 所示。

圖2

（2）使用探傷儀對齒面齒根進行磁粉探傷，檢查發現左2 軸、左4 軸、右4 軸、右3 軸齒面齒根發現疲勞裂紋，齒面嚙合偏向根部，存在點蝕磨損，如圖3 所示。

圖3

（3）對各部位軸承狀況檢查，發現部分軸承室與軸承配合存在誤差，軸承外圈有竄動現象，如圖4所示。

圖4

結合以上檢查情況，該減速機十組齒輪軸，除左1 軸、左5 軸、右 5 軸、右1 軸四套齒輪軸以外，其余六套齒輪軸均存在不同程度的缺陷以及軸承竄動情況，且齒面裂紋無法直觀發現，需要借助儀器才能檢測出來。

2.2 減速機故障原因分析

在減速機常見的故障缺陷中，齒輪、軸承失效或故障占比非常大，可達到80%左右。齒輪常見的失效形式有：齒輪磨損、齒面接觸疲勞、齒面點蝕、齒面剝落、斷齒等形式；軸承常見的失效形式有：疲勞剝落和磨損、過熱燒傷、竄動、抱死、零件損壞等形式。

結合減速機常見故障特點和對該減速機的檢查情況，針對齒輪軸出現的疲勞裂紋、齒面磨損、點蝕剝落、膠合情況，分析出可能原因如下：

2.2.1 軸承松動

軸承作為減速機重要的組成部分，常常處于連續高強度生產運行，性能的高低直接影響減速機的壽命，導致軸承松動原因有以下幾種：

（1）主小車架承載結構剛度不夠。主小車結構受動載荷影響變形量大，導致減速機箱體變形超標，軸承受力不均勻，齒輪軸平行度精度偏離，齒輪軸受軸向力導致齒輪軸軸向竄動。

（2）軸承與軸承室之間的配合不合理，容易引起軸承發生竄動情況。

（3）軸承室機械加工表面粗糙度不符合要求，軸承磨損不均勻，導致軸承松動。

（4）加工制造存在質量問題。表現為加工基準混亂，加工精度不達標等，主起升機構安裝精度不合格，造成減速記齒輪軸軸向竄動嚴重。

2.2.2 齒面失效

冶金機械中齒輪失效方式很多種，就我廠橋式起重機減速機失效的原因分析有以下幾個方面：

（1）減速機長期處于滿負荷運行狀態，受變載荷交替沖擊，齒輪嚙合不良，局部受力引起齒輪點蝕、膠合的失效情況。

（2）齒輪的齒面受到較大的接觸應力，接觸應力超過許應力，同時又在多重載荷的作用下容易導致齒面發生裂紋，裂紋多發生在齒輪節線附近，嚴重時導致表層帶狀脫落。

（3）齒輪在重載狀況下潤滑油膜被損壞，齒輪齒面金屬面接觸粘接，導致齒輪接觸面在運行方向出現劃痕。

（4）多數齒面已形成齒面疲勞裂紋，如上線使用，裂紋會逐漸擴展，在循環工作應力的作用下會出現齒輪點蝕剝落失效，進而可能會造成更嚴重的后果，影響齒輪箱運轉。

2.2.3 齒輪磨損

工業用齒輪在正常使用情況下，齒輪副磨損是緩慢的，隨著使用時間的增加，齒輪磨損是必然存在的，但非正常磨損主要表現以下幾個方面：

（1）加工制造質量存在問題，齒輪配合不合格，造成齒輪嚙合不良磨損。

（2）熱處理工藝質量不達標，造成齒面硬度不合格，造成齒輪磨損速度快。

（3）齒輪配合精度不達標，齒輪運轉時不能正常嚙合，造成齒輪磨損。

（4）齒輪潤滑不良導致的齒輪磨損。如果潤滑油中雜質較多，將影響齒面及軸承的潤滑效果，加速齒面嚙合磨損、點蝕剝落失效。

3 預防措施

通過對故障減速機的損壞原因分析，有針對性的對線上減速機制定預防措施，通過合理、科學的預防措施，延長線上減速機使用壽命，具體的預防措施如下：

（1）調整減速機潤滑油品，縮短潤滑油品更換周期，調整潤滑油的添加劑和粘度，對減速機箱體內雜質定期進行清理，保障油品清潔度，并檢查減速機潤滑系統運行情況，檢查各軸承潤滑進油情況。

（2）定期全面檢查線上減速機軸承運行情況對于出現劣化軸承進行更換；復核各軸向間隙及時做出調整；調整齒輪嚙合度，滿足齒高方向≥50%齒長方向≥70%。

（3）定期全面檢查減速機齒面硬度，對于齒面硬度降低或失效的齒輪軸進行更換或報廢處理。

（4）定期對在線設備進行維護，改善其工作環境和條件，對設備進行細致、全面的檢查，如有劣化跡象應及時得到處理。

（5）制作線下備件時，要加強監制工作。一是要對加工過程中齒輪尺寸精度嚴格控制，提高齒輪軸安裝的精度，必要時對齒輪副嚙合做適當的修配。二是，應通過提高軸承室加工精度、選用高品質軸承、嚴控軸承安裝精度，提高軸承的使用壽命。

（6）加強技術人員的業務素質，提高業務能力及時、盡早發現軸承、齒輪軸劣化跡象。

4 結語

通過對出現問題的180 t 冶金橋式起重機主升降減速機下線后的拆解檢查和故障分析，發現減速機故障的主要原因是減速機齒輪軸出現的疲勞裂紋、齒面出現磨損和點蝕剝落。通過對減速機故障原因的分析研究，制定了冶金橋式起重機減速機使用和維護措施，對今后起重機的日常使用維護和點檢提供寶貴的指導性建議。