摘要：建峰化工成品尿素需要长距运输，而主要的外运平台是皮带系统，本文通过对一化、二化散料及袋装输送减速机在实际生产中暴露出来的问题，进行了详细的设备分析，并对存在的问题与解决问题提供判断与检修方法，对今后发生类似的故障现象以及恢复生产提供了一定的技术保障。
关键词：断裂 磨损；减速故障；皮带振动；运输措施
1．概述
建峰化工股份有限公司两套大化肥装置年生产130多万吨尿素。两套装置经过多年运行，设备磨损较大，运行故障高，存在的问题较多，对两套装置长周期运行提出了严峻的考验。两套装置的减速机有蜗轮蜗杆减速器、有三级圆锥圆柱齿轮减速器、TDY75型油冷式电动滚筒等。由于它们具有结构紧凑、效率高、寿命长、工作可靠、传动恒定不变的优点，在长距运送中占的比重相当大，也是化肥了尿素包装运送应用最广泛的机械传动设备。但是它也有缺点，不能缓和冲击力，加上频繁开停车，齿轮间相互冲击力相对较大，如果制造精度不高，热处理不当，安装精度不高，往往会引起较大的振动，噪声和断裂等故障，它的工作状态的好坏直接关系到整个机组能否正常运行，因此，要提高对机组的运行维护水平，需要重视对齿轮和齿轮箱的状态监测和故障分析。齿轮箱在各类零件齿轮本身的故障率达60％，从故障原因上分析，属于维护、操作不当占了很大比重。下图中图1为三级圆锥圆柱齿轮减速器；图2为TDY75型油冷式电动滚筒；图3为蜗轮蜗杆减速机。（请见图；图1 图2 图3分解）
分析图1所示的三级圆锥圆柱齿轮减速器主要用于带宽为1000ｍｍ的散运及袋运皮带系统；图2所示的TDY75型油冷式电动滚筒主要用于包装系统的配仓和粉肥输送带以及带宽在600—800ｍｍ的输送机；而图3所示的蜗轮蜗杆减速机则是主要用于包装系统的板带机和集包﹑倒包皮带机速度检修。
2.设备齿轮故障分类及表象
2.1齿的断裂
齿的断裂分疲劳和过载。断裂是轮齿重复受载后应力集中产生的。事例：2016年初化肥成品车间散运皮带的03L0342减速机在运行过程中操作人员发现减速器的噪声越来越大，输入端油封漏油严重，只能停车检修，检修人员在对减速器整体吊装回检修大厅进行解体检查后发现，减速器输入端锥齿轮已经有二、三个齿发生断裂，其中有一些碎屑还夹杂在其它轮齿间，另外的轮齿也有不同程度的磨损，并拌有较为明显的偏磨损痕迹，输入端齿轮轴串量增大到位近1mm，调整环磨损后尺寸减薄，整个锥齿轮晃动较大。晃动的加大至使轴承端盖的骨架油封偏磨而漏油。输入端小齿轮正常磨损位置和不正常磨损位置。（请见图；3）
由于输入轴调整环没有起到很好的调整定位作用，齿轮在承重时锥齿轮发生轴串，至使齿轮啮合间隙增大，噪音增大随之而来，久而久之，锥齿轮运行时的啮合点长期处在齿顶位置，随着磨损的加剧，轮齿重复受载后由于应力集中产生，当齿轮副进入齿合状态时，最危险的瞬间是接触点位于齿轮的顶部，此时在根部，产生的弯曲应力最大，存在较严重的应力集中。当载荷超过设计值或在同期性变载荷作用下，经过一定的载荷循环后，齿的根部有可能产生裂纹，齿轮继续工作，裂纹向根部纵深发展，当裂纹扩大后，根部不能承受弯曲应力时，就发生了疲劳断裂。齿的断裂是最严重的故障，有可能引起其它的部件损伤，造成的检修时间也是比较长的。
2.2设备齿的磨损与点蚀
2.2.1磨损是指金属在整个齿面上连续不断地损耗，从而在齿面产生金属的研磨状。点蚀常见的原因是齿表面硬度不够或频繁启动引起的。如：成品一化7#钢芯胶带机驱动减速机，在2016年度大修中检修人员在检修后期对减速机机箱进行清洗过程中发现箱内有许多的铁屑，检修人员在仔细检查后发现中间二轴的轴齿上有两齿发生部分齿面剥落。如图4、图5：
2.2.2这种隐患如果没有及时发现，继续生产就会造成减速机带病运行，从而加大齿轮的磨损，磨损的铁屑及碎屑夹入相对运动的轮齿间就会引起更大的设备事故，造成齿轮的报废，这将严重影响车间的正常生产，因为6#皮带一旦停运，整个一化的尿素就将无法运到包装楼进行了包装，散库的库存就会直线上升而发生装置停运的风险。带来的损失就将更大。我们经过分析认为，这种磨损属于粘着磨损，是油脂被破坏，而产生齿面金属直接接触形成的，原因可能是齿轮在工作低速、重载、润滑油黏度太低、供油不足和齿面粗糙等情况下生产的。磨损在整个齿面不断地损耗，从而在齿面上产生金属研磨状，由于对中不好，联轴节磨损、装配不良以及扭转共振，在齿轮齿合时的冲击加大，这些因素也加速齿的磨损，此外，金属材料的热处理质量不好也容易引起磨损故障。齿轮磨损后，齿的厚度变薄，齿廊形状变得瘦长，工作时产生载荷，不仅振动和噪声加大，而且容易导致齿的折断。
2.2.3齿轮在工作时，在交变应力的作用下，产生微观的疲劳裂纹，润滑油进入裂纹后，在齿合过程中将裂纹封闭和挤压，润滑油在高压下促使疲劳裂纹蔓延和扩展，就将表面金属微粒剥落下来，形成许多凹坑，这种破坏方式称为点蚀。这种裂纹扩展得较深，许多凹坑连起来造成大块的脱落，这种现象就称为剥落。与点蚀机理相同。
2.2.4发生点蚀的常见原因是，齿面硬度不够，精度符合要求，齿面负载分布不均匀，以及频繁启动引起的过载。实验显示，润滑油有促进疲劳裂痕的成长，润滑油的黏度愈底，油量愈充裕，则点蚀的现象愈严重。它是闭式传动最普遍的破坏方式，对于开式齿轮传动，由于润滑油不够充分，并且存在磨料性碎屑，因而磨损总是优先于点蚀破坏。
2.2.5点蚀一般用肉眼进行定期检查，由于点蚀面积的增长与符号的循环次数有关，利用这个关系，可定期监测齿面点蚀的面积率，就可预测需要的维修时间。
2.2.6此外，随着点蚀的面积率的增加，齿面必然成为剥离状态，因此，定期检查润滑油中混杂的剥离片，也可预测到齿轮需要的维修时间。
3．齿轮振动故障
振动就是一种运动的物理量时而增大时而减少的反复变化。在长时间振动的情况下，往往会造成设备损坏或引发更大的停产事故。如：在2015年下半年，检修人员就发现03L03107皮带机减速箱振动大，随后对该设备进行了振动监测，测量得到该减速机振动值达到1.1mm/s，连设备基础和地板都有较强的振感，并拌随着较高的温度和噪音，检查油位，在正常范围内，用听针听测机体，有较为明显的不规律的噪音。这说明齿轮传动系统作为一个弹性的机械系统，在动态激励作用下将产生振动响应，齿轮的激励有两部份组成，齿轮的啮合激励，即无故障正常啮合过程中产生的微量振动；齿轮的故障振动是由于轮齿在啮合过程中，由于缺陷或故障产生的激励，如：齿轮由于制造不精确，装配质量低产生的轮齿调节误差，齿形误差，齿轮偏心，质量不平衡，磨损和断裂等故障。传动误差，由于各种制造、安装缺陷在使用中产生的误差和变形构成了齿轮振动和噪声的主要来源。传动误差大，则轮齿在运转过程由于进入和脱落啮合时碰撞加剧，产生较高的振动峰值。齿轮装配不当会造成齿轮工作情况恶化，如：两齿轮轴不平行，各部间隙不合适等。在啮合过程中，由于轮齿误差和受载弹性变形的影响，齿轮进入啮合点和退出啮合点发生偏差，因而进入和退出均会发生冲击，称为“冲击啮合”。齿轮的振动是由内部激励和外部激励联合的作用产生的，正常运转的无故障齿轮，也会受到刚度周期性变化，这种产生的振动称为参数激振。正常啮合的振动是微不足道的，但当 齿轮出现故障时，将反映出传动误差加大，引起振动、齿轮旋转不平衡、偏心、松动、齿面裂纹、断裂、磨损、胶合、点蚀都将产生很大的振动和噪音。对减速机进行解体检查，发现中间一轴、中间二轴的轴串量增大较正常值一倍，达到0.45mm，啮合间隙的增大拌随着较高的噪音和较大的振动值，在输入轴锥齿轮及中间一轴的伞齿轮上也出现较多的点蚀现象。
4．加强设备振动轮齿皮带处理措施
4.1轮齿断裂的解决方法
03L03107轮齿断裂故障发生后，我们及时更换了损坏的齿轮及磨损的轴承，重新测量并加工新的调整半环，调整输入轴的串量在0.08mm，保持锥伞齿的啮合间隙在0.08mm至0.15mm之间，更换新的骨架油封，并安装到位，问题得以解决。
4.2轮齿磨损的解决措施
对于7#皮带我们采用了以下方法：1）、更换损坏的齿轮轴，修磨毛刺；2）、更换全部润滑油使油位达到正常值；3）、清洗整个油箱及齿轮，并用白面将箱内壁和齿轮全部粘净；4）、修磨点蚀的齿轮，使之平滑无毛刺；5）、用塞尺法或压铅丝法检测轴承的轴向间隙调整齿轮的啮合间隙至0.25mm,使齿轮啮合隙在正常范围内；6）、用百分表调整检测齿轮副的法向间隙；间隙保证0.21mm；7）、锥齿轮副的接触斑点应用红丹作接触面检查，接触点位于齿高中部偏向齿轮小端。接触面积不得小于40%和50%。8）、箱盖与箱体的剖分面应平整光滑，合上箱盖后，用塞尺检查剖分面的接触密合性，用0.05mm的塞尺检查，其插入深度不得大于剖分面宽度的1/3；9）、箱盖与箱体回装时，在结合面上涂以“南大704”密封胶，以保证密封。试车后效果显著，设备隐患得以消除。
4.3齿轮振动故障解决措施
7#减速机的振动大的故障发生后，我们对7#减速机进行了解体检查，重新调整中间一轴、中间二轴齿轮啮合的法向间隙为0.17mm和0.23mm；而轴向间隙则都为0.16mm，间隙在0.12mm-0.20mm间，间隙控制在正常范围内；输出轴轴向间隙则控制在0.25mm，在0.20mm-0.30mm之间，也属于正常范围内；修磨点蚀的齿轮，使之平滑无刺；其它操作程序按照减速机大修操作程序进行。经过试车，振动消除，调整结果达到预定效果。
5.结论
两套化肥装置自投入生产以来，其中包括一化老散运系统，对所属设备进行了较大的优化改进，减速机经过数次大修调整，解决了多起设备的轮齿断裂、磨损点蚀、振动等问题，基本满足稳定生产运行的需要，取得阶段性效果。整个成品的两套散运系统、两套包装系统、两套袋运系统的减速机到目前为此，设备运行良好，有力的保证了化肥的正常生产。但皮带机减速器在运行过程中还会有许多问题，需要在今后很长的时间加强维护、保养、检修解决。
参考文献
[1]建峰化工化肥装置项目年产30万吨合成氨/52万吨尿素和45万吨合成氨/80万吨尿素带式输送机成套设备技术附件。
[2]中华人民共和国自贡运输机械厂《ＤＣＹ型圆锥圆柱齿轮减速器使用操作规程》。
[3]沈庆根；郑水英《设备故障诊断》
[4]中国建峰化工总厂《化肥厂设备维护检修规程》
论文作者:李 杰
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第11期
论文发表时间:2019/10/24
标签：齿轮论文; 磨损论文; 轮齿论文; 减速机论文; 间隙论文; 故障论文; 减速器论文; 《科学与技术》2019年第11期论文;