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技术中心

辊磨减速机输出法兰螺栓和销子断裂分析及解决措施
张秀全,张中国
  冀东水泥(烟台)有限责任公司水泥粉磨系统是水泥CKP240辊磨+φ4.8m×9.5m球磨的联合粉磨系统,磨机生产综合产量210t/h以上,水泥单位电耗32kWh/t左右,配套辊磨磨盘中径2400mm,3个轮胎磨辊,磨盘转速:33.5r/min,经过3年半多的运行,2014年5月检查发现减速机行星架与输出法兰盘联接螺栓和传递扭矩剪切销子断裂,被迫停机。如整机返厂修理至少需要2个月,而且运费和修理费用较高,严重影响旺季水泥生产销售。经过研究,采取现场解体检查,拆卸更换减速机行星架与输出法兰盘联接高强螺栓,配钻、扩、铰孔,配制提高传递扭矩强度的销子等措施,现场仅用8d时间即快速修复了减速机,节省了维修费用,保证了正常生产运行。
  1 辊磨配套电机及减速机主要参数
  电机型号:YRKK710-6,功率:2240kW,转速:994r/min。减速机型号:JLP220-WXA,输入功率:2300kW,速比:29.6。JLP系列减速机为锥齿轮—平行轴—行星齿轮三级减速传动的结构形式。减速机结构见图1,行星架与输出法兰盘通过16根M42高强联接螺栓和12个φ50mm圆柱销子连接组装而成。
  2 损坏部件
  在拆卸过程中发现有以下部位发生局部损坏:
  (1)减速机行星架与输出法兰盘的4组16条联接螺栓全部切断(图2、3)。
  (2)行星架与输出盘的12条传动销每条分别断裂成3段,销轴孔变形为椭圆(如图4、5)。
  (3)三级内齿圈有两个齿端面局部掉落25~30mm左右,有一个齿出现局部裂纹(如图6、7)。
  (4)行星轮有两个齿端面局部掉落20mm左右。
  (5)二级齿轮轴的联轴器外齿有6个齿端面局部掉落20~30mm左右,有3个齿块出现局部裂纹。
  (6)行星架中心压盖内球面支撑铜帽碎裂损坏。
  3 原因分析
  2014年5月13日,水泥A磨避峰运转后,再次开启油站,所有参数均显示正常,开启辊磨后发现,减速机输出盘密封迷宫有多处摩擦产生火花,随即通知中控室操作员立即停磨,5min左右输出盘迷宫处已磨得通红,到现场检查发现减速机输出盘密封相对壳体错位近10mm,输出盘法兰联接螺栓切断,进一步拆下每段压板,抽出圆柱销子,发现每个销子分别断裂成3段(若不抽出圆柱销子无法发现断裂情况)。
  水泥线辊磨使用JLP220型减速机,辊磨运行加载压力严格控制在10MPa以内(设计加载额定压力为12MPa),主电机运行电流控制最高未超出140A(为保护设备稳定运行,操作控制在额定电流158A的90%以下),设备系统连锁保护测温、测振、测压、金属探测仪等电器保护系统一直运行安全有效,减速机保护振动值设定为3.5mm/s时抬辊,达到5mm/s时停辊磨主电机,正常运转时振动值一般在2.8mm/s以下;减速机推力瓦温度最高≯52℃,属于安全运行温度。
  由图8可以看出,在停机前辊磨振动值及上下腔压力未出现任何异常变化,仅是辊磨主电机电流在停机前6min出现小幅度增大(但未超过额定值),而在辊磨正常运转时也经常会因物料粒度的变化出现主电机电流的波动,因此此次减速机损坏在运行曲线上表现不明显,仅仅出现了减速机迷宫摩擦。根据现场解体情况分析,减速机故障损坏的原因主要有以下几点:
  (1)主要是由于承担减速机行星架与输出法兰盘联接的传动扭矩和剪切力的圆柱销与孔配合出现松动,导致圆柱销及孔磨损,圆柱销受力不均衡先后出现断裂所造成的,进而导致联接螺栓承担过大扭矩剪切力断裂,属于装配质量原因引起的故障。
  (2)联接螺栓切断导致行星架下沉,改变了行星轮及太阳轮原有的啮合受力点,造成齿轮部分啮合齿面的局部剥落损坏。
  4 解决措施
  根据减速机出现故障损坏部位情况,为节省修理时间,降低维修费用,便于监督修理过程质量,决定现场就地修理。拆卸更换断裂的16个M42-8.8级高强联接螺栓,因原传递扭矩12个φ50mm圆柱销子孔磨损椭圆变形,采取提高圆柱销强度办法,配钻、扩、铰孔,配制圆柱销子,修磨局部断裂齿部位使之低于工作啮合面,输出法兰盘密封迷宫变形修理圆度,避免安装运行中出现刮卡摩擦。具体方案:
  (1)因二级中间轴外齿断齿损坏,更换二级中间轴,并调整与二级齿轮轴接触啮合面积及轴向间隙量再组装。
  a、二级中间轴(与斜齿轮配合处)尺寸φ362mm+0.33,斜齿轮孔为φ632H7(+0.057)过盈配合。采取电加热即保温箱内逐步升温加热,控制温差至齿轮表面170℃,斜齿轮内孔直径膨胀量=0.000012×φ362×ΔT(170℃-10℃)=0.695mm,保温1h后实际测量斜齿轮孔膨胀后公差尺寸,按照原齿轮工作啮合面方向标记后与轴进行装配。检测上下轴承NSK23072CAE4和NSK23152CAE4(二级中间轴和斜齿轮组件见图9、图10)符合使用技术要求。
  b、二级齿轮轴上部两组合轴承碎裂,更换FAG32244A与同心套隔环组合装配后,用百分表测量轴向间隙量,通过调整修磨同心套隔环,保证轴向间隙量在0.20~0.40mm,符合技术要求,下部轴承NU2252符合使用技术要求。
  c、二级中间轴上部轴承座钻孔、攻丝后安装测温电阻,以便运行监测温度状态变化。
  (2)大齿圈的更换组装。
  a、按照图纸技术要求大齿圈与支撑座找正(如图11)。大齿圈固定在数控龙门铣床,找正外圆,打百分表偏差≯0.02mm,将支撑座与大齿圈组配起来,按照图纸支撑座φ2120mm外圆的找正带,打百分表偏差≯0.03mm,大齿圈内圆偏差≯0.05mm,将两工件点焊固定。
  b、将大齿圈与支撑座两组合工件在钻床固定,找正同配铰(如图12),先对称钻两孔并攻丝后用M36螺栓连接固定,先钻φ40mm孔,再扩孔至φ44mm,然后铰孔至φ45mm,按照各标记孔配制销子。
  c、大齿圈与支撑座组合装配后,按照拆装记号标记,将组合件找正安装固定在减速机壳体法兰(如图13)。
  (3)减速机行星架与输出法兰盘找正同配铰组装。
   a、清洗各零部件,安装找正减速机行星架与输出法兰盘同心度,测量、调整两件的安装垂直止口间隙均匀,误差≯0.10mm(如图14)。然后用8个M42螺栓对称把紧减速机行星架与输出法兰盘,原则上行星架与输出法兰盘结合面无间隙(考虑拆装变形,水平结合面用0.03mm塞尺检测≯10mm深度为合格)。
  b、因原销孔严重变形,同时,为了提高剪切圆柱销子强度,利用摇臂钻床Z3080×28B将传动销孔直径由原来的φ50mm扩大至φ59mm,再铰孔至φ60mm;将φ60mm沉孔扩大至φ65mm便于找正安装。
  c、按照已配钻、扩、铰销孔作好顺序标记,分别对应标记配制加工磨削12个材质40Cr、热处理硬度HB=300的内罗纹圆柱销子,配磨尺寸φ60H7/K6mm。
  d、减速机输出法兰盘密封迷宫在立车床上找正,保证每道沟槽直径尺寸符合安装要求,将每道沟槽变形多余部分车掉,保证与减速机壳体密封迷宫组合后不发生干涉摩擦。
  e、为保证装配顺利,所有配磨内螺纹圆柱销子放置在-10℃冰箱中冷却收缩3h后,再分别按照标记对称装配。
  f、测绘制作行星架中心压盖内球面支撑铜帽并找正安装牢固。
  g、修磨发生局部断齿的行星轮及太阳轮齿型联轴器外齿,敲掉发生裂纹的断齿,防止安装后在运行过程中掉下继续损坏其他部位,其余断齿部位修磨低于工作接触面,防止运行中受力损坏其他齿面。
  (4)清洗组装试车
  a、清洗并用刮刀刮研行星架滑动轴承工作面划伤痕迹,达到接触面积技术要求精度;检查推力瓦各部位没有受到伤害,清洗并用压缩空气吹通润滑供油孔,保持畅通。
  b、用高压清洗机清洗减速机内部各齿轮、轴承,并测量检查间隙和外观磨损情况,作好记录,符合技术要求的轴承清洗后继续使用。
  c、各零部件组装后要作好螺栓紧固防松措施,对减速机输出法兰盘与行星架联接螺栓(原螺栓帽带有交叉两个φ8mm串钢丝防松孔,从断裂掉下的螺栓帽断面看,此孔减弱了螺栓强度,本次更换为螺栓帽不带串钢丝孔的高强螺栓)紧固后,用φ10mm钢筋围成圆圈与其焊接固定,防松效果更好。磨盘与减速机输出法兰盘联接螺栓也采取用钢筋围成圆圈与其焊接固定的防松办法。
  d、减速机安装就位后,开启润滑系统2h循环,清洗检查供油过滤器和回油过滤器,保证供油过滤器前后压差正常(<0.15MPa),回油过滤器无金属异物。抬起磨辊,空载运行8h,检查各种运行参数正常后,液压系统逐步加载(额定加载压力的60%、70%、80%)分别运行12h、16h、24h,然后带负荷正常运行,36h以后减速机地脚螺栓再次加温防松紧固。
  5 运行效果和启示
  现场带载荷运行后电机电流值在130A左右(控制在额定电流158A的90%以下),减速机推力瓦测温最高稳定在54℃,测振值在2.5mm/s以下,供油压力等均在安全运行指标范围,输出盘迷宫密封没有金属摩擦声音,现场仅用8d时间即快速修复了辊磨减速机,节省了维修费用,保证了正常生产运行。
  此次故障给我们的启示:应定期对各仪表测点的真实准确性进行核对,确保安全有效,起到安全保护作用;应调整优化工艺操作参数,进一步减轻辊磨振动,减少对传动设备电机减速机等的冲击振动影响;同时也要定期对传动销及连接螺栓的松动、断裂等情况进行检查紧固或更换,发现异常情况及时采取有效措施,保证螺栓和销轴完好且装配紧密牢固,确保减速机运行安全可靠。
(来源:中国水泥备件网论坛)
发布时间:2019-06-13


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