圓錐圓柱齒輪減速機的故障判斷與檢修

國能康平發電有限公司 徐全博

1 引言

筆者所在國能康平發電有限公司2×600MW機組輸煤系統采用的是DT Ⅱ型膠帶機，根據各段需求功率90kW 至315kW 不等，配套使用R 系列減速機及MHB 系列減速機，該兩種系列為南高齒集團生產的三級傳動大速比圓錐圓柱齒輪減速機（如圖1所示）。圓錐圓柱齒輪減速機一般為高精度中、低速重載硬齒面減速機，多為外嚙合漸開線圓柱齒輪減速機，具有結構簡單、高效率、運行平穩，使用壽命長和承載能力高等優點，其缺點是笨重、噪音大，滲油治理困難。本文主要結合生產現場減速機日常問題，總結經驗，闡述圓錐圓柱齒輪減速機故障判斷與故障檢修及預防。

圖1 圓錐圓柱齒輪減速機的組成與工作原理

1.1 圓錐圓柱齒輪減速機的組成

圓錐圓柱齒輪減速機主要由箱體（上箱體、下箱體）、齒輪組（傘齒輪、齒輪盤）、齒輪軸、軸承（圓錐滾子軸承為主）、逆止器、油位指示器、排氣閥、放油閥組成。

1.2 圓錐圓柱齒輪減速機的工作原理

原動機（一般為電機）的轉速通過液力偶合器傳給減速機高速軸傘齒輪后，傘齒輪帶動二級軸齒輪盤運轉，隨后通過齒輪軸與齒輪嚙合，依次向下逐級傳導，最終在減速機輸出軸獲得對應速比下所需轉速。

2 圓錐圓柱齒輪減速機的故障判斷、分析

2.1 滲、漏油故障

圓錐圓柱齒輪減速機多采用飛濺潤滑，滲漏油故障是減速機運行中較為常見的故障之一，不僅浪費大量的潤滑油，造成經濟損失，污染環境，而且還威脅設備的安全使用，根據滲漏齒輪油的位置主要將減速機滲漏油故障分為以下三方面。

2.1.1 軸封處滲油

一般來說，油封即指的是骨架油封，骨架油封是起到傳動系統部件中需要潤滑的部件與出力部件隔離，不至于讓潤滑油滲漏，對減速機來說就是起到轉動軸處密封減速機齒輪油及防塵的作用。骨架油封的彈簧脫落、生銹以及唇口橡膠的受損、老化都會造成密封不嚴，同時減速機上油封安裝槽處銹蝕嚴重或軸身有毛邊、溝壑等缺陷在高速轉動狀態下，也會造成骨架油封的磨損，影響密封效果。

除以上油封損傷密封不良會造成齒輪油在油封處滲漏外，齒輪油的加注量過多也會造成油封處滲油。如果減速機內的注油量多于要求油量時，油箱內的油就會被齒輪等回轉件劇烈地攪拌，使潤滑油在箱體內四處飛濺，就會使大量的潤滑油堆積在軸封，同時當齒輪油加注過多時，腔內空氣減少，減速機運行產生的熱量和氣體在腔內累積，而空氣的減少使整個腔體可壓縮性減小，腔體壓力增大，隨著運行時間延長，當壓力達到一定時，油液即被從骨架油封位置處壓出[1]。

2.1.2 結合面滲油

圓錐圓柱齒輪減速機以其本體為油箱的飛濺潤滑方式，加大了其結合面密封性的要求，減速機結合面處為螺栓連接，連接處的螺栓的緊固力矩不均、密封膠涂抹不均勻、零部件熱處理的變形以及結合面處的粗糙度都會產生結合面的滲油，此外部分軸承或軸承室的磨損也會導致相應位置結合面的滲油。

2.1.3 排氣閥處滲油

圓錐圓柱齒輪減速機上排氣閥能夠使減速機箱體齒輪運轉過程中內產生的熱量和氣體排出，從而降低了箱體內的溫度和產生的壓力，對各部零件、軸承、密封件使用壽命起到了保護作用，但排氣閥與減速機箱體連接處密封不嚴，或異物較多易使得排氣閥附近發生齒輪油氣滲漏污染減速機機體。

2.2 減速機振動異常

圓錐圓柱齒輪減速機的水平及垂直振動數值是考量設備運行狀態的重要指標，鑒于日常運行維護及檢修經驗，減速機水平振動、垂直振動振幅值在0.07mm 以內為設備良好狀態，而導致減速機設備振動異常的主要原因有以下兩方面。

2.2.1 對輪找中心不準

對輪找中心不準是影響轉機設備振動的最主要因素，找中心精度值越高，電機與轉機同心度越高，轉機運行越平穩，振動值越低，要求在日常檢修找正過程中，地腳螺栓處墊片不超過3片，總厚度不超過2mm，對輪間隙不小于3mm，軸向、徑向偏差不得大于0.10mm。

2.2.2 高速軸總成缺陷

南高齒減速機高速軸總成內一般由兩套推力軸承及一套調心軸承組成，由于其獨特的設計結構，導致軸承極易發生軸承跑外瓦等設備缺陷，日常維護中，結合減速機振動值超標，高速軸附近結合面滲漏油嚴重，停運設備后高速軸有較大徑向竄動余量等特點，即可判定高速軸總成處發生缺陷。

2.3 減速機異音

減速機異音是圓錐圓柱齒輪減速機較為常見的故障之一，異音分為外部異音、內部異音兩種。減速機外部通常與風扇、防護罩及降溫管路等附件連接，因此減速機殼體外部附件固定不牢就會產生外部異音。而減速機內部結構緊湊，每級齒輪軸由兩套圓錐滾子軸承固定，齒輪軸與齒輪盤相互嚙合轉動，但高速轉動達到逐級傳動的過程中齒輪之間相互作用，是減速機內部聲音的主要來源。減速機內部各軸承間隙過量，齒輪疲勞點蝕、斷裂、齒輪間嚙合不好就會造成減速機內部產生異音。減速機異音一經發現要及時查找源頭，盡快處理，尤其是減速機內部產生異音，倘若任由異音擴大，輕則導致減速機內部軸承、齒輪損壞，重則報廢整臺減速機。

2.4 減速機溫度異常

減速機溫度主要指圓錐圓柱齒輪減速機各軸承等轉動部位溫度，其數值是又一考量設備運行狀態的重要指標，試運行狀態下要求減速機30min 內各軸承位置溫升不超過70℃，正常運行中減速機各軸承位置溫度不高于80℃，溫度過高會造成軸承抱死損壞，而導致減速機溫度異常主要的原因主要有以下幾方面。

2.4.1 潤滑油

潤滑油的種類選擇與潤滑油的加注量都會影響到減速機的溫度變化，一般減速機采用中等黏度的工業齒輪油，在東北區域室外溫度較低則使用以4408為代表，具有突出熱氧化安定性和低溫流動性的合成齒輪油。此外，潤滑油加注量的多少也直接影響到減速機溫度是否正常。潤滑油量不足，減速機內部的軸承、齒輪等轉動部位無法得到合理潤滑，無法形成良好的油膜，以至于部件出現干摩擦現象；潤滑油量過多，齒輪及軸承等運轉部件運行阻力增加，而且潤滑油因不斷攪拌而升溫，散熱空間相對減小，使得由于轉動而產生的高溫熱量無法得到有效擴散，各轉動部位無法冷卻持續升溫。因此，科學合理加注減速機齒輪油量才能使設備在更好的狀態下運行，而根據現場實際總結得出，減速機齒輪油位達到為傘齒輪的三分之一處時為最佳油位。

此外，潤滑油發生氧化反應，或其中混入諸如煤粉等雜質顆粒，都將會造成設備潤滑不良引起設備溫度異常。

2.4.2 減速機軸承間隙

減速機軸承間隙也是影響圓錐圓柱齒輪減速機溫升異常的主要原因之一，軸承間隙主要分為原始游隙、安裝游隙、工作游隙，其中軸承的工作游隙過小對溫升影響最大，若軸承的工作游隙過小，將導致軸承的滾動體與軸承內外圈的潤滑不良，因干摩擦產生大量的熱，同時軸承游隙小在高速轉動過程中影響軸承受熱膨脹，導致減速機溫升異常，在長期該工況運行下，可產生軸承磨損、膠結、軸承內外圈脹裂乃至軸承抱死等情況，會造成軸承及減速機的損壞[2]。

2.4.3 減速機齒輪間隙

齒輪嚙合傳動時，為了在嚙合齒廓之間形成潤滑油膜，避免因輪齒摩擦發熱膨脹而卡死，齒廓之間必須留有間隙，此間隙稱為齒側間隙，簡稱側隙。側隙預留過小則會影響齒輪間油膜形成造成潤滑不良，導致減速機溫升異常，長時間該工況運行是則會導致齒輪損壞。

3 圓錐圓柱齒輪減速機的故障處理

圓錐圓柱齒輪減速機不同故障的產生原因較多，并非每次單故障產生，時常多發并發，因此針對故障的處理方法不盡相同，主要以滲漏油的處理、軸承檢查更換、齒輪檢查更換為主。

3.1 減速機滲漏油處理

圓錐圓柱齒輪減速機運行過程中，發現減速機有滲漏油現象后首先應確定漏泄點位置，其次判定滲漏油量并檢查減速機內部油量，最后根據滲漏位置及不同原因采取不同處理方法，具體見表1。

表1 減速機滲漏油原因及處理方法

3.2 軸承檢查更換

圓錐圓柱齒輪減速機軸承的損壞及其軸向間隙值不標準是造成減速機振動、溫度異常、設備異音的一大主要原因。因此，在設備日常檢修及搶修過程中，要加強對軸承的檢查，除檢查軸承是否磨損外還應采用塞尺法及壓鉛絲法對軸承的安裝間隙進行檢查，一般情況下軸承內套與軸的過盈量為0.02～0.06mm；軸承外套與殼體的過盈量為0～0.02mm，對于可調整式圓錐滾子軸承，一般應根據表2軸向間隙允許值進行調整，如果調整后仍達不到要求應更換。

表2 圓錐滾子軸承的軸向間隙

3.3 齒輪檢查更換

圓錐圓柱齒輪減速機齒輪的疲勞點蝕、磨損、膠合、塑性變形及齒輪側隙不達標等問題也是造成減速機振動、溫度異常、設備異音另一主要原因。因此，在設備的日常檢修及搶修過程中，要加強對減速機齒輪情況的檢查及其齒輪側隙的測量，對點蝕嚴重的（點蝕面積沿齒寬，齒高超過60%）及斷裂齒輪應及時更換，對高速軸的圓錐齒輪的側隙[3]應按表3進行調節。

表3 圓錐齒輪側隙（單位：um）

3.4 其他

除上述常用處理方法外，對于因潤滑油質、油量導致的減速機溫度異常故障，僅需按更換周期及油質油量要求進行換油即可；對于因找中心不準而導致減速機振動異常故障，則需使用百分表法、塞尺法按要求對減速機重新找正即可。

4 減少圓錐圓柱齒輪減速機故障的預防措施

4.1 設備檢查

設備的檢查，尤其對在不良環境下工作運行的減速機來說是至關重要的，對設備定期檢查、不定期抽查都有利于設備維護人員對設備運行情況的掌握，使維護人員不僅能夠第一時間發現并解決威脅設備運行的外界因素，更能在減速機發生故障趨勢過程中盡早知曉，未雨綢繆。此外，通過設備檢查的手段對設備異常及早發現，對設備故障準確判斷，更能避免設備故障擴大化，減少經濟損失及人力的浪費。

4.2 保養及潤滑

保養設備首先要了解設備內部構造，減速機設備內部主要以轉動軸承及嚙合齒輪組成，因此減速機的保養主要以對轉動構件的潤滑為主，應對減速機設備進行定期的設備潤滑，并以潤滑油的定期化驗結果為指導進行潤滑油的更換，緊抓減速機的換油周期、加油周期，按時按量進行減速機設備的潤滑，可較好避免其因潤滑油所引起的諸多設備故障。

4.3 檢修質量提升

檢修質量的提升能一定程度減少減速機設備故障的發生，諸如進行減速機殼體變形、密封膠涂抹均勻，以及使用螺栓的細致檢查，能最大限度避免減速機殼體的滲漏；減速機內部軸承間隙、齒側間隙的精確測量與調整可更好延長軸承及齒輪的使用壽命；減速機內部油封、軸承等備件的合理拆卸、安裝更避免設備的人為傷害二次缺陷；此外，嚴把檢修全過程中更換備品備件的質量關，可大幅度降低設備故障發生頻率。

5 結語

當前，我國處于“十四五”現代化能源體制改革的重要階段，火電主體地位不可動搖，但“市場煤、計劃電”的現狀使得眾多火電企業被迫面臨“治虧解困，提質增效”的艱難處境。因此，對設備故障進行及早發現、有效處理，乃至減少設備故障發生，維護設備穩定運行，都會使電力企業維護成本降低，創造效益增加，進而推動企業長期穩定發展。