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            泰興減速機
            


            
	  
            
	  
            
  
            

            

 
                
            
              
              
              
            


            回轉窯主減速機高速齒輪軸斷齒、斷軸分析與對策
            
  		
            
		  
            發布時間：2017-06-28 23:52:00 點擊：
		    
		    
            
		
            

            

            

              
  
              
  泰興減速機：通過對回轉窯主減速機高速齒輪軸斷齒、斷軸進行詳細的計算、分析，找出事故真正原因在于設計錯誤，并針對性提出改進對策，避免同類事故再次發生，確保生產的有序進行。
              

              
前言
              
       活性石灰是煉鋼的重要造渣材料，它是一種性能活潑、反應能力強、含硫低的軟燒石灰，同時活性石灰也是燒結的重要熔劑之一。我公司在總體布置中設置４條規格為Φ４．０ｍ×６０ｍ的回轉窯，其中一期兩條已于２００７年初建成投用，所生產的活性石灰＞５ｍｍ的活性石灰供轉爐煉鋼的需要，而＜３．０ｍｍ的活性石灰供燒結用。
              

              
回轉窯結構由筒體１、支撐裝置２、１３、傳動裝置３、５、（１０、９、８、７）、６、４、１１、１２窯尾及窯頭密封、窯頭罩組成。其主要特點：
              
①采用與規模相適應的、直徑和長度適宜的窯型；
              
②主傳動采用調速電機，并設有輔助電機，工作穩定，調節靈活；
              
③窯頭、窯尾設有密封結構，簡單可靠，密封效果好。
              
 
              
       回轉窯在使用過程中出現過諸如耐材脫落、托輥軸承發熱等不少設備故障、事故，較為典型的設備事故為１號回轉窯主減速機高速齒輪軸斷齒、斷軸，對生產的影響最為嚴重。１號回轉窯自２００７年初投產以來，至２０１１年１２月發現電機、減速機異音且振動加劇，經檢查發現減速機高速齒輪軸齒輪已出現斷齒，在計劃停機處理采用輔助傳動涼窯過程中出現斷軸事故。如何查找事故原因、制定相應對策、避免同類事故再次發生、確保生產穩定運行成為當務之急。以下針對本次斷齒、斷軸事故進行詳細系統的分析，以尋求相應解決辦法。
              

              
２、相關參數及斷齒、斷軸概況
              
２．１　電機相關參數
              
主電機：型號ＹＳＮＰ３５５Ｍ２－６
              
額定功率１６０ｋＷ
              
轉速９８０ｒ／ｍｉｎ
              
輔助傳動電機：型號Ｙ１８０Ｍ－４
              
額定功率１８．５ｋＷ
              
轉速１４７０ｒ／ｍｉｎ
              

              
２．２　減速機相關參數
              
主減速機：型號ＹＮＳ１２４０－８０ⅥＢＤ－Ｌ
              
中心距１２４０ｍｍ
              
速比８０
              
輔減速機：型號ＹＮＳ３９５－２８－Ｉ－Ｌ
              
中心距３９５ｍｍ
              
速比２８
              

              
２．３　主減速機高速齒輪軸相關參數
              
主減速機高速齒輪軸結構形式如圖２所示，其中部分參數如下：
              
 
              
軸材質３５ＣｒＭｏ
              
法向模數Ｍｎ＝５
              
齒數Ｚ＝１６
              
壓力角αｎ＝２４°
              
螺旋角β＝１２°
              
Ｍ－Ｍ截面處Ｄ＝１１５ｍｍ，ｄ＝９５ｍｍ，原設計Ｒ＝３ｍｍ，重新修改設計Ｒ＝１０ｍｍ
              

              
２．４　事故前運行狀況
              
       ２０１１年１２月１５日，在進行設備點檢時發現１號回轉窯減速機有輕微異響，隨對該減速機進行重點監護運行；２０日進行在線監測時，采用頻普分析未發現異常，但異音、振動有增加趨勢；２３日申請停機檢查，發現高速小齒輪有４個齒有局部斷齒現象，在隨后的采用輔助傳動涼窯停機進行更換過程中，高速齒輪軸發生斷裂。
              

              
２．５　斷齒、斷軸特征
              
       事故發生后停機檢查，高速齒輪軸總計斷齒４個，斷裂長度約為齒寬１／２。從齒斷面看，有２個連續斷齒（齒１、齒２）斷裂根部有剝落現象，內部有明顯銹蝕點。另２個斷齒（齒３、齒４）相間３個未斷齒，為軸斷時軸系失穩，異常嚙合折斷。與之配合的嚙合從動齒完好無損。斷齒斷面如圖３所示。
              
 
              
       從軸斷面看，軸斷裂發生在軸肩處，軸斷后在凹凸斷面咬合下進行涼窯運轉，但斷面磨合后仍可以看到疲勞裂紋存在。軸斷裂位置如圖２所示的Ｍ－Ｍ截面，斷面如圖４所示。
              
 
              
３　斷齒、斷軸原因分析
              
３．１　斷齒原因分析
              
３．１．１　斷面宏觀分析
              
從斷面宏觀分析可知，主動齒輪斷齒分兩類。一類為具有疲勞特征的斷齒，另一類為一次性過載折斷的斷齒。
              

              
       如圖３所示，斷齒１和斷齒２齒根部已形成疲勞裂紋，且斷齒呈小塊狀，側面有片狀剝落，說明屬接觸疲勞失效的一種情況，通常是由于齒表面在接觸壓應力的長期不斷反復作用下引起的一種疲勞破壞現象，表現為接觸表面出現許多痘狀凹坑。在剛出現凹坑或凹坑較少時，一般仍可繼續工作，但隨著時間的延續，凹坑不斷增多和擴大，齒嚙合發生惡化，齒根部應力增大，產生疲勞裂紋并不斷擴展直至斷齒。斷齒１和斷齒２斷面內部存在凹坑，凹坑內部有鐵銹色點說明該齒加工時內部存在諸如氣孔等內部缺陷，這也使工作時齒在內部缺陷處產生應力，隨應力裂紋的不斷擴展，最終導致斷齒呈小塊狀。
              

              
       如圖３所示，斷齒３和斷齒４斷面呈一次開裂狀，斷面粗糙，斷口無塑性變形，心部為韌窩狀，斷齒為一整塊，易拼合，通常是由于突然負載增加或異物卡入嚙合面所致。
              

              
３．１．２　斷齒結論
              
斷齒１和斷齒２內部具有制造缺陷，為疲勞性斷齒。斷齒３和斷齒４一次性過載折斷的斷齒。
              

              
３．２　斷軸原因分析
              
       斷面宏觀分析如圖４所示，斷口位置發生在高速齒輪軸中部軸肩過渡處，此處軸頸由直徑９５ｍｍ過渡至直徑１１５ｍｍ，原設計過渡圓角３ｍｍ。根據對斷面形狀的觀察，斷面基本呈一平面并與軸線垂直，部分區域存在輕微鋸齒狀形態，可詳細分為以下區域：
              
１）疲勞源大至有２～３處，全部發生在軸肩過渡處。
              
２）疲勞源發展區表面光亮，呈橢圓形區域，具有放射狀紋理，貝殼狀前沿線。
              
３）疲勞裂紋加速擴展區，呈現光亮且有一定粗糙度。
              
４）瞬時斷裂區在最中部，斷面非常粗糙。
              

              
３．２．２　齒輪軸受力計算、分析
              
       齒輪軸支承位置和軸受載荷大小、方向、作用點及載荷種類已明確，支點反力及彎矩可求得，進而按彎矩合成理論進行計算。計算時，將軸當作置于鉸鏈支座上的梁。軸上零件傳來的力作為集中力，其作用點取為零件輪緣寬度的中點。軸上轉矩相應從輪轂寬度的中點計算。作用在軸上的各載荷不在同一平面內時，分解到兩個相互垂直的平面上，然后分別求出兩平面內的彎矩，再按失量合成法求得合成彎矩。主電機驅動時齒輪軸受力分析計算結果如圖５所示。
              
 
              
輔助電機驅動時齒輪軸受力分析計算結果如圖６所示。  
              
圖５、６中：ａ）、ａ＇）軸上受力分析圖；
              
ｂ）、ｂ＇）水平面內支反力圖；
              
ｃ）、ｃ＇）齒輪的作用力在水平面內的彎矩圖；
              
ｄ）、ｄ＇）垂直面內支反力圖；
              
ｅ）、ｅ＇）齒輪的作用力在垂直面內的彎矩圖；
              
ｆ）、ｆ＇）附加圓周力Ｆ０產生支反力圖；
              
ｇ）、ｇ＇）附加圓周力Ｆ０產生的彎矩圖；
              
ｈ）、ｈ＇）轉矩圖。
              

              
斷軸結論
              
       主減速 機 齒 輪 軸 直 徑 設 計 合 理，但 軸 頸 由直接９５ｍｍ過渡至直接１１５ｍｍ自由過渡軸肩過渡圓角Ｒ３設計錯誤，應改為不小于Ｒ１０的過渡圓角。齒輪軸斷裂是在涼窯準備檢修時，采用輔助減速機傳動時因軸肩處已產生疲勞裂紋且過渡圓角設計錯誤致使疲勞強度安全系數不合格而突然斷裂。
              

              
對策
              
針對以上計算、分析，對避免減速機齒輪斷齒、斷軸事故再次發生，提出以下相應對策。
              
１）做好減速機供應商的選擇，優先選用技術能力強、制造加工設備先進的、信譽好的供應商。如本減速機原始訂貨時為回轉窯廠家配套，未提過技術方面及供貨廠家等要求，如這些工作做細，對生產穩定運行也會提供較好的設備保證。
              
２）加強設備制造過程中間檢驗、出廠驗收，關鍵工序進行駐廠檢驗，保證進入現場設備性能合格。如本減速機制造過程中進行詳細的中間檢驗，要求齒輪進行全部探傷，完全能夠及時發現齒１、齒２內部缺陷并及時處理，可避免齒１、齒２的斷裂。
              
３）關鍵設備、關鍵部件認真進行設計審查，及時發現并更正設計錯誤。如本減速機高速齒輪軸軸頸由直徑９５ｍｍ過渡至直徑１１５ｍｍ自由過渡軸肩過渡圓角Ｒ３設計錯誤，如果進行詳細設計審查，發現并改正過渡圓角為Ｒ１０，完全能夠避免事故的發生。
              

              
結語
              
       以上是針對回轉窯主減速機高速齒輪軸斷齒、斷軸進行詳細的計算、分析，找出事故真正原因在于設計錯誤，并針性提出改進對策，避免同類事故再次發生，確保生產的有序進行。
            	
            
            
		
            

            

            
  
             
            

             
              
             
            
             
          
             
        
             
      
            
      

            

            

            

 
            

            

            

            

            

            

            

            


            



            

            


            

            

            

            

            

            

            

            


            



            

            


            

            

            

            

            

            

            

            


            



            

            


            

            

            

            

            

            

            

            


            



            

            


            

            

            

            

            

            

            

            


            



            

            


            

            

            

            

            

            

            

            


            



            

            


            

            

            

            

            

            

            

            

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