2500t/h卸船機減速機行星架開裂分析及對策

龍劍群，唐 琛，李 榮

(1.寶鋼湛江鋼鐵有限公司，廣東 湛江 524072；2.寶山鋼鐵股份有限公司，上海 201900)

0 引言

某公司輔料碼頭卸船機行星減速機國產化后，經過兩年的使用，抓斗開閉機構行星減速機出現異音，嚴重影響設備的運行和生產節奏。因此，盡快查明行星減速機異音來源、分析故障原因、消除異音對應的設備隱患，對于提高設備的使用壽命和維護水平尤為重要[1]。

1 故障現象

經現場檢查，卸船機抓斗開閉機構減速機(型號TJ9293Z，傳動比31.21/20.07，功率450/200 kW)內部存在異音，抓斗開閉機構牽引鋼絲繩動作異常，主要表現為鋼絲繩不同步、抓斗動作不平衡、抓斗無法正常作業，導致卸船機停機，期間影響皮帶運輸系統同步停機。

經調整鋼絲繩同步張緊后異音仍未消除，初步分析行星減速機內行星架可能脫焊，開箱檢查減速機，現場拆卸減速機上箱蓋后，將存在異音的行星減速機送至離線檢修車間做解體前準備。行星減速機行星架與主軸焊接裝配如圖1所示。

1-主軸;2-行星架腹板;3-套管;4-結構塊圖1 行星減速機行星架與主軸焊接裝配

2 解體檢查

經對行星減速機解體，除了發現太陽輪一齒端部剝落、行星架與行星輪間有劇烈刮痕、行星架大齒內圈一齒嚴重變形以外，行星架腹板與主軸焊縫處開裂并完全脫落，如圖2所示。

圖2 主軸與行星架脫焊 圖3 焊后MT探傷裂紋

為此，制定了行星架與主軸重新焊接方案，具體步驟為：①行星架與主軸脫焊分離后，用鏜床對行星架擴孔；②主軸堆焊，為避免焊后變形引起形位精度變化，留有加工余量；③將行星架與主軸重新焊接；④焊后采用MT磁粉探傷；⑤上車床重新加工至圖紙要求的尺寸及形位精度。按照以上重新制定的焊接方案進行行星減速機修復，在完成第4個步驟后，經焊后MT磁粉探傷檢測焊接區域發現存在多道裂紋，如圖3所示。鑒于太陽輪、行星架大齒內圈齒輪亦存在缺陷，且修復時間過長，暫停修復，重新采購相同型號行星減速機上機。

3 原因及對策

3.1 原因分析

(1) 材質焊接性能分析。減速機卷筒側主軸材質為35CrMo，行星架材質為Q235B，Q235B焊接性良好，而35CrMo可焊性較差[2，3]，對焊接工藝要求高，焊接淬硬傾向大，焊接冷、熱裂傾向嚴重，易形成含碳量高、硬度大的馬氏體組織，導致過熱區出現脆化現象，需焊前預熱焊后調質等處理以消除焊接應力[4，5]。主軸與行星架化學成分及力學性能對比分別如表1和表2所示。

由表1和表2可見，主軸與行星架存在較大差異，35CrMo抗拉強度≥985 MPa，Q235B抗拉強度在370 MPa～500 MPa范圍內，兩種材料抗拉強度相差485 MPa～615 MPa，焊后在抓斗開閉機構反復動作的工況下，主軸與行星架腹板焊接處反復承受交變應力和扭轉力，對焊縫焊接質量和結構強度提出了高的要求[6]。通過核查行星減速機原設計圖紙設備清單，行星架材質本應為Q345B，而實際加工制造卻使用了Q235B，對于卸船機如此重要關鍵核心傳動部件減速機，行星架選用Q235B材質后，導致實際結構安全系數降低、可靠性下降。

表1 主軸與行星架化學成分對比(質量分數) %

表2 主軸與行星架力學性能對比

(2) 焊縫開裂失效分析。主軸與行星架的焊接為異種鋼焊接，由于組織成分、接頭熱膨脹系數及應力分布不同，造成焊縫拘束度較高，焊接后焊縫中存在較高的殘余應力，使得焊縫在熱影響區產生裂紋[7，8]。卸船機抓斗反復開閉作業，使得減速機主軸與行星架焊縫部位在正反轉、急停工況下受到交變應力及間歇性沖擊力作用，致使裂紋在以上力的作用下不斷擴展，最終導致開裂失效。

3.2 建議對策

(1) 對于卸船機關鍵零部件，如行星減速機，應作為事故件進行提前采購、儲備。

(2) 一旦發生行星減速機異音，應視異音情況處置，若異音情況對卸船機生產作業不構成直接影響，應當降速運行，并加強日常點檢，發現異常及時處理；若異音情況嚴重，應當立即停機檢查，找到故障部位進行修復，若無法修復，應采取直接更換備件，避免修復時間過長且難以保證修復質量。

(3) 建議定期對卸船機行星減速機進行潤滑油液理化性能檢測，對油液中金屬成分含量變化做傾向分析，及時把握減速機內磨損情況。

(4) 在行星架與主軸材質設計上，應以提升減速機關鍵部件使用壽命及安全可靠性作為前提，加強企業形象和信譽。

4 結論

通過對某公司2500t/h卸船機減速機行星架開裂原因進行分析，從設備維護、設計選型等方面提出了相應對策，充分保證了設計選型中行星減速機關鍵部件的結構強度及焊接質量，對于必須采用異種鋼焊接的結構，應在設計選型上盡可能縮小兩種材質在化學成分及力學性能上的差異或提高可焊性，同時還應合理選擇焊接材料，確保異種鋼焊接質量。