立式行星減速機(jī)故障原因分析及修復(fù)工藝

【摘 要】立式行星減速機(jī)是門機(jī)旋轉(zhuǎn)工作機(jī)構(gòu)主要部件，立式行星減速機(jī)一旦損壞，維修難度大，工期長(zhǎng)，對(duì)生產(chǎn)影響較大，針對(duì)日照港集團(tuán)嵐山公司管理使用的部分立式行星減速機(jī)的損壞，詳細(xì)分析了其損壞的原因和形式，制定了相應(yīng)的自主修復(fù)工藝對(duì)策，修復(fù)效果良好，為類似立式行星減速機(jī)修復(fù)提供參考。

【關(guān)鍵詞】港口；門座式起重機(jī)；旋轉(zhuǎn)減速機(jī)；修復(fù)工藝

0.引言

近年來(lái)，受國(guó)內(nèi)需求不斷增長(zhǎng)的積極推動(dòng)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)處于平穩(wěn)較快增長(zhǎng)，門機(jī)以其優(yōu)良的技術(shù)性能得到廣泛使用，成為各港口重要大型裝卸設(shè)備之一。日照港集團(tuán)嵐山公司現(xiàn)有散件貨泊位10個(gè)，門機(jī)67臺(tái)，隨著部分門機(jī)使用年限延長(zhǎng)，設(shè)備逐年老化，部分立式行星減速機(jī)故障率較高，嚴(yán)重影響了設(shè)備的使用壽命和安全運(yùn)行，給港口生產(chǎn)作業(yè)及設(shè)備管理工作帶來(lái)一定影響。

針對(duì)針對(duì)以上存在的現(xiàn)狀和問(wèn)題，我們以“強(qiáng)化設(shè)備自主維修，保障港口安全生產(chǎn)”為目標(biāo)，經(jīng)過(guò)近幾年的立式行星減速機(jī)拆解維修，如下拆解示意圖所示，我們逐步總結(jié)出了立式行星減速機(jī)的損壞原因及自主修復(fù)工藝，取得了良好修復(fù)效果。

1.行星齒輪的基本結(jié)構(gòu)

齒輪絕大部分都是轉(zhuǎn)動(dòng)軸線固定的齒輪。它們的轉(zhuǎn)動(dòng)中心（與圓心位置重合）往往通過(guò)軸承安裝在機(jī)殼上，因此，它們的轉(zhuǎn)動(dòng)軸都是相對(duì)機(jī)殼固定的，因而也被稱為\"定軸齒輪傳動(dòng)。

行星齒輪減速機(jī)主要傳動(dòng)結(jié)構(gòu)為行星輪，太陽(yáng)輪，外齒圈。行星齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線是不固定的，是安裝在一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的支架（藍(lán)色）上（圖中黑色部分是殼體，黃色表示軸承）。行星齒輪（綠色）除了能象定軸齒輪那樣圍繞著自己的轉(zhuǎn)動(dòng)軸（B-B）轉(zhuǎn)動(dòng)之外，它們的轉(zhuǎn)動(dòng)軸還隨著藍(lán)色的支架（稱為行星架）繞其它齒輪的軸線（A-A）轉(zhuǎn)動(dòng)。繞自己軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)稱為\"自轉(zhuǎn)\"，繞其它齒輪軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)稱為\"公轉(zhuǎn)\"，就象太陽(yáng)系中的行星那樣，因此得名“行星齒輪”。

也如太陽(yáng)系一樣，成為行星齒輪公轉(zhuǎn)中心的那些軸線固定的齒輪被稱為\"太陽(yáng)輪\"，如圖中紅色的齒輪。在一個(gè)行星齒輪上、或者在兩個(gè)互相固連的行星齒輪上通常有兩個(gè)嚙合點(diǎn)，分別與兩個(gè)太陽(yáng)輪發(fā)生關(guān)系。如右圖中，灰色的內(nèi)齒輪軸線與紅色的外齒輪軸線重合，也是太陽(yáng)輪。

軸線固定的齒輪傳動(dòng)原理很簡(jiǎn)單，在一對(duì)互相嚙合的齒輪中，有一個(gè)齒輪作為主動(dòng)輪，動(dòng)力從它那里傳入，另一個(gè)齒輪作為從動(dòng)輪，動(dòng)力從它往外輸出。也有的齒輪僅作為中轉(zhuǎn)站，一邊與主動(dòng)輪嚙合，另一邊與從動(dòng)輪嚙合，動(dòng)力從它那里通過(guò)。

2.行星齒輪的結(jié)構(gòu)組合及運(yùn)動(dòng)規(guī)律

由于存在行星架，有三條轉(zhuǎn)動(dòng)軸允許動(dòng)力輸入/輸出，在需要的時(shí)候限制其中一條軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，剩下兩條軸進(jìn)行傳動(dòng)，互相嚙合的齒輪之間的關(guān)系就可以有多種組合，以單排行星齒輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成為例。

設(shè)太陽(yáng)輪、齒圈和行星架的轉(zhuǎn)速分別為n1、n2和n3，齒數(shù)分別為Z1、Z2、Z3；齒圈與太陽(yáng)輪的齒數(shù)比為α。則根據(jù)能量守恒定律，由作用在該機(jī)構(gòu)各元件上的力矩和結(jié)構(gòu)參數(shù)可導(dǎo)出表示單排行星齒輪機(jī)構(gòu)一般運(yùn)動(dòng)規(guī)律的特性方程式：

n1+αn2-（1+α）n3=0 和Z1+Z2=Z3

由上式可看出，由于單排行星齒輪機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)自由度，在太陽(yáng)輪、齒圈和行星架這三個(gè)基本構(gòu)件中，任選兩個(gè)分別作為主動(dòng)件和從動(dòng)件，而使另一元件固定不動(dòng)（即使該元件轉(zhuǎn)速為0），或使其運(yùn)動(dòng)受一定的約束（即該元件的轉(zhuǎn)速為某定值），則機(jī)構(gòu)只有一個(gè)自由度，整個(gè)輪系以一定的傳動(dòng)比傳遞動(dòng)力。下面分別討論各種情況。

在n3=n1 或n2=n3 時(shí)，同時(shí)可得n1=n2=n3。故，若使三元件中的任何兩個(gè)元件連成一體旋轉(zhuǎn)，則第三元件轉(zhuǎn)速必與二者轉(zhuǎn)速相等，即行星排按直接擋傳動(dòng)，傳動(dòng)比i=1。

當(dāng)所有元件都不受約束，可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，則行星齒輪機(jī)構(gòu)失去傳動(dòng)作用，此種狀態(tài)相當(dāng)于空擋。

行星式齒輪減速器由一個(gè)內(nèi)齒環(huán)（A）緊密結(jié)合于齒箱殼體上，環(huán)齒中心有一個(gè)自外部動(dòng)力所驅(qū)動(dòng)之太陽(yáng)齒輪（B）介于兩者之間有一組由三顆齒輪等分組合于托盤上之行星齒輪組（C）該組行星齒輪依靠著出力軸、內(nèi)齒環(huán)及太陽(yáng)齒支撐浮游于期間；當(dāng)入力側(cè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)齒時(shí)，可帶動(dòng)行星齒輪自轉(zhuǎn)，并依循著內(nèi)齒環(huán)之軌跡沿著中心公轉(zhuǎn)，行星之旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)連結(jié)于托盤之出力軸輸出動(dòng)力。

立式行星減速機(jī)工作原理為，旋轉(zhuǎn)電機(jī)輸出軸通過(guò)聯(lián)軸節(jié)、制動(dòng)輪將輸出扭矩傳遞至旋轉(zhuǎn)減速機(jī)輸入軸，經(jīng)第一級(jí)減速總成、第二級(jí)減速總成減速后、將旋轉(zhuǎn)電機(jī)扭矩通過(guò)減速機(jī)輸出軸傳遞至旋轉(zhuǎn)小齒輪，旋轉(zhuǎn)小齒輪驅(qū)動(dòng)門機(jī)回轉(zhuǎn)大軸承完成門機(jī)回轉(zhuǎn)。

圖1 立式行星減速箱傳動(dòng)過(guò)程圖

以原上海港機(jī)廠生產(chǎn)的M10-30型門機(jī)T31型立式行星減速箱為例，其特性如表1所示。

表1 立式行星減速箱兩級(jí)行星減速特性

對(duì)于MQ2533型和MQ2535型門機(jī)，這兩種類型門機(jī)旋轉(zhuǎn)減速箱的總傳動(dòng)比可達(dá)47.49。

3.拆解維修中立式行星減速機(jī)損壞形式

通常，減速機(jī)齒輪損壞的形式主要有斷齒、齒輪磨損（齒面點(diǎn)蝕、齒面剝落）等形式，斷齒主要受制造質(zhì)量以及載荷過(guò)大等因素影響，齒輪磨損主要受原材料選用、熱處理工藝、嚙合精度以及使用中潤(rùn)滑不良等多種因素影響。

經(jīng)拆解發(fā)現(xiàn)，我港立式行星減速機(jī)損壞主要有以下三個(gè)方面：

一是旋轉(zhuǎn)減速機(jī)內(nèi)各機(jī)構(gòu)軸承間隙增大，特別是第二級(jí)齒軸上、下部的壓力軸承損壞較為嚴(yán)重，軸承保持架損壞，軸承滾珠基本脫落。

二是旋轉(zhuǎn)減速機(jī)內(nèi)各級(jí)齒輪和齒圈及低速軸花鍵等部位的齒面存在點(diǎn)蝕或斷齒現(xiàn)象，損壞程度輕重不等。

三是旋轉(zhuǎn)減速機(jī)下箱體與旋轉(zhuǎn)定位法蘭配合接觸面磨損較大，磨損深度1-3mm不等。

圖2 第二級(jí)齒軸壓力軸承保持架損壞

圖3 第一級(jí)減速總成齒輪斷齒

4.損壞原因分析

門機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是門機(jī)作業(yè)的主要工作機(jī)構(gòu)之一，立式行星減速機(jī)的受力載荷受貨種、船型、艙內(nèi)貨物配載、人員操作等諸多因素影響，受力載荷不均勻，瞬時(shí)的沖擊載荷較大，易造成內(nèi)部各軸承、齒輪等磨損以致?lián)p壞。

通過(guò)分析立式行星減速機(jī)工作原理、作業(yè)工況、損壞情況，我們逐步總結(jié)出以下結(jié)論：隨著門機(jī)使用年限的增加，立式行星減速機(jī)下箱體與固定法蘭配合面磨損，以及內(nèi)部各軸承、齒輪配合面磨損間隙增大，以致立式行星減速機(jī)工作時(shí)，立式行星減速機(jī)下箱體與固定法蘭配合間隙過(guò)大，配合處曠動(dòng)，減速機(jī)內(nèi)部壓力軸承和各齒輪受力載荷不均勻，過(guò)早損壞，現(xiàn)場(chǎng)拆解來(lái)看壓力軸承損壞也是最為嚴(yán)重，以致其他齒輪、齒軸出現(xiàn)不同程度的點(diǎn)蝕、斷齒。

5.相應(yīng)修復(fù)工藝對(duì)策

我們采取如下針對(duì)性自主修復(fù)工藝：

（1）按輸入軸→輸出軸的順序?qū)p速機(jī)內(nèi)各部件逐一拆解，清除各齒輪、齒軸表面的鐵屑、積油等雜質(zhì)并清洗干凈。

（2）對(duì)減速機(jī)內(nèi)部磨損間隙較大的軸承進(jìn)行更換，重點(diǎn)對(duì)型號(hào)為：51206的壓力軸承進(jìn)行更換，采用德國(guó)SKF軸承。

（3）對(duì)損壞的內(nèi)部各齒軸、齒輪進(jìn)行更換。

（4）用耐磨焊條對(duì)下箱體與固定法蘭配合面磨損處進(jìn)行焊補(bǔ)，并用磨光機(jī)找平磨圓。

（5）按輸出軸→輸入軸的順序進(jìn)行重新裝配，對(duì)裝配好的減速機(jī)進(jìn)行整體防腐涂裝，放入備件區(qū)存放備用。

（6）維修吊裝前注入新的潤(rùn)滑油脂。

6.取得成效

我們結(jié)合公司設(shè)備自主維修的實(shí)際情況，在實(shí)際維修作業(yè)過(guò)程中不斷摸索，總結(jié)出了一套立式行星減速機(jī)修復(fù)工藝。2008年以來(lái)，我們累計(jì)自主拆解修復(fù)立式行星減速機(jī)50余臺(tái)套，修復(fù)后的立式行星減速機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，使用壽命大大延長(zhǎng)，修復(fù)效果良好。同時(shí)解決了立式行星減速機(jī)委外維修成本高、維修時(shí)間長(zhǎng)，影響港口生產(chǎn)問(wèn)題，并且培養(yǎng)了一批專業(yè)的技術(shù)維修隊(duì)伍。

經(jīng)測(cè)算，相對(duì)于立式行星減速機(jī)委外維修，僅自主維修節(jié)約成本及減少門機(jī)故障停機(jī)修復(fù)時(shí)間這一塊，年間接創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益200余萬(wàn)元。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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[3]張展，張弘松，張曉雅.行星差動(dòng)傳動(dòng)裝置，機(jī)械工業(yè)出版社人民交通出版社，2010.