2000型壓裂車變矩器PTO易損原因分析及建議

車昊陽(yáng)　李海洋（川慶鉆探工程公司長(zhǎng)慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西　西安　710018）

2000型壓裂車變矩器PTO易損原因分析及建議

車昊陽(yáng)李海洋（川慶鉆探工程公司長(zhǎng)慶井下技術(shù)作業(yè)公司，陜西西安710018）

變矩器PTO（取力器）作為變矩器的輔助裝置，主要用于完成動(dòng)力的輸出。由于2000型主壓車的PTO安裝在變矩器的上方，PTO發(fā)生故障時(shí)產(chǎn)生的異物會(huì)進(jìn)入變矩器中，破壞變矩器的零部件，從而出現(xiàn)大的設(shè)備故障。本文通過(guò)對(duì)變矩器PTO損壞故障的分析，找出原因，制定相應(yīng)的對(duì)策，避免大的設(shè)備故障，減少損失。

壓裂車；變矩器；PTO；設(shè)備故障

1　目的意義

該車型臺(tái)上部分使用的變矩器為美國(guó)艾利遜公式生產(chǎn)的Allison 9800M系列變矩器，PTO選用的是派克漢尼芬公司（Parker Hannifin Corporation）生產(chǎn)的CHELSEA型PTO。該P(yáng)TO安裝在Allison 9800M變矩器的上方，與變矩器聯(lián)通，因此當(dāng)PTO發(fā)生故障時(shí)，產(chǎn)生的異物（鐵屑、軸承滾珠、軸承架、斷齒等）會(huì)通過(guò)聯(lián)通部分進(jìn)入到變矩器，輕則會(huì)造成變矩器油路堵塞，內(nèi)部零件超常規(guī)磨損，重則會(huì)完全破壞變矩器內(nèi)部零件，以至于變矩器報(bào)廢。

2　故障概況

2.1齒輪折斷：不同于常見的齒輪齒根斷裂，PTO齒輪的折斷部位出現(xiàn)在PTO中間齒的節(jié)線附近，且多數(shù)都是偏向動(dòng)力輸出端的一半折斷。

2.2輪齒點(diǎn)蝕、膠合：齒輪的點(diǎn)蝕也多出現(xiàn)在PTO中間齒的節(jié)線上方，且點(diǎn)蝕面不均勻，呈“梯形”，偏向動(dòng)力輸出端一側(cè)點(diǎn)蝕面積大，點(diǎn)蝕程度高，齒面有金屬剝落，部分齒齒尖出現(xiàn)崩裂現(xiàn)象。齒面上形成垂直于節(jié)線的劃痕狀膠合。

2.3軸承保持架碎裂，滾珠脫落：PTO兩根平行軸分別采用的是圓錐滾子軸承和圓柱滾子軸承。

PTO的軸承故障主要表現(xiàn)在Ⅰ、Ⅱ號(hào)軸承軸承保持架碎裂，軸承滾珠脫落，脫落的滾珠和碎裂的軸承架進(jìn)入到變矩器內(nèi)部，當(dāng)變矩器高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)破其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

3　故障原因分析

3.1齒輪折斷原因分析

一般而言齒輪受較大的過(guò)載或沖擊時(shí)會(huì)發(fā)生突然斷齒，但多數(shù)折斷位置出現(xiàn)在齒輪根部?？梢钥闯鯬TO中間齒的斷裂卻出現(xiàn)在節(jié)線附近，且齒輪只是部分折斷，中間齒的圓柱滾子軸承散架，同時(shí)PTO輸出齒和PTO中間齒的嚙合出現(xiàn)了錯(cuò)位，只有部分齒面接觸，齒輪沿齒寬方向約2/3處折斷，其余1/3齒面接觸點(diǎn)很少，無(wú)明顯損傷痕跡，各齒的斷口基本相同，有明顯的塑性變形，斷口參差不齊。

因此可以判斷這是由于齒輪負(fù)載突然加大，加之潤(rùn)滑不足，散熱不良，齒輪軸出現(xiàn)輕微變形，相嚙合的兩個(gè)齒輪中心距變大，傳動(dòng)的平穩(wěn)性降低，使得軸承散架；同時(shí)齒輪軸因變型產(chǎn)生的軸向應(yīng)力，使得相互嚙合的兩個(gè)齒輪出現(xiàn)軸向位移，齒輪脫離嚙合，嚙合面積減小，齒輪單位面承受的剪應(yīng)力加大，出現(xiàn)的咬齒、斷齒現(xiàn)象。

3.2齒輪點(diǎn)蝕、膠合現(xiàn)象分析

從PTO中間齒輪齒面局部磨損情況分析，中間齒輪沿齒寬方向存在載荷分布不均勻現(xiàn)象，存在明顯“偏載”，使得點(diǎn)蝕面呈現(xiàn)“梯形”，殼體不同程度的磨損，齒輪軸軸向串動(dòng)。

3.2.1箱體誤差：齒輪箱中心線的平行度誤差是齒輪偏載最直接的因素，它包括水平方向的平行度誤差和垂直方向的平行度誤差，它們的最終表現(xiàn)形式是一對(duì)正常齒嚙合時(shí)，沿齒寬方向側(cè)隙值的變化，以及接觸斑點(diǎn)的變化。

3.2.2安裝誤差：齒輪在往軸上安裝時(shí)，齒輪內(nèi)孔與軸配合要適當(dāng)，保證齒輪定位端面與軸的垂直度和齒輪節(jié)圓與軸的同軸度，否則齒輪歪斜就會(huì)造成兩齒輪的平行度誤差；另外，與PTO輸出齒輪相配套使用的軸承，為圓錐滾子軸承，這種軸承安裝精度要求較高，軸承間隙調(diào)整不易，會(huì)影響兩齒輪軸的平行度，使得兩平行軸不再平行，導(dǎo)致齒輪偏載.

3.2.3使用誤差：軸向力是齒輪傳動(dòng)中的不利因素，即使在兩個(gè)直齒輪的

嚙合中也不可避免的出現(xiàn)軸向力。由于軸向力的存在，加速了圓錐滾子軸承的磨損，軸承磨損后，軸向間隙增大，在負(fù)載作用下，兩齒輪軸線呈空間交叉狀態(tài)，即兩齒輪軸線的平行度產(chǎn)生了誤差，加速箱體軸孔的不均勻磨損，使兩軸線不平行造成偏載。

4　軸承散架原因分析

齒輪嚙合時(shí)瞬間產(chǎn)生的高溫，加之油液散熱條件不好，缺少通氣孔，導(dǎo)致整個(gè)箱體及軸承發(fā)熱，使得軸承滾動(dòng)體和內(nèi)外滑道磨損加快，影響軸承使用壽命。更為不利的是油溫高會(huì)使?jié)櫥宛ざ冉档?，軸承滾動(dòng)面難以形成油膜，軸承會(huì)因潤(rùn)滑不良而加劇磨損，縮短其使用壽命。

另外，兩傳動(dòng)齒出現(xiàn)偏載，齒輪偏離正常的運(yùn)動(dòng)條件后，會(huì)使嚙合狀況急劇惡化，傳動(dòng)穩(wěn)定性降低，出現(xiàn)循環(huán)的局部應(yīng)力尖峰，這大大超出了軸承的承受能力，使的軸承散架或滾動(dòng)體脫落。

5　改進(jìn)建議

5.1齒輪裝配時(shí)，要注意軸承游隙的調(diào)整，因?yàn)闊o(wú)負(fù)荷與加載時(shí)的接觸面會(huì)有很大出入。同時(shí)在齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后，要定期檢查和調(diào)整軸承游隙。因?yàn)辇X輪傳動(dòng)中總會(huì)產(chǎn)生一定的軸向力，軸向力會(huì)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)加力于軸承滾動(dòng)體和內(nèi)外滑道，使其磨損而增大軸承的軸向及徑向間隙，導(dǎo)致兩齒輪軸線不平行，故應(yīng)消除過(guò)大的間隙。

5.2應(yīng)充分注意閉式齒輪傳動(dòng)中的熱平衡問題，這一現(xiàn)象在生產(chǎn)實(shí)際中普遍存在，由于齒輪嚙合瞬時(shí)產(chǎn)生的高溫和油液散熱條件不好等因素，形成的油液蒸汽在殼體內(nèi)聚集，無(wú)法順利排出，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)箱體發(fā)熱，箱體長(zhǎng)期受熱變形。因此可以在PTO殼體上部安裝通氣孔，使產(chǎn)生的蒸汽及時(shí)排出，改善機(jī)械工況。

5.3安裝時(shí)確定動(dòng)PTO的齒隙極限：安裝時(shí)應(yīng)認(rèn)真檢查PTO的安裝齒隙。齒隙過(guò)大或不足都會(huì)使變矩器和動(dòng)力輸出總成損壞。

5.4變矩器有油底殼總成和粗濾器總成，油底殼的殘屑保留在粗濾器內(nèi)，鐵制物體會(huì)吸附在粗濾器中的磁棒上面。

定期的打開粗濾器，觀察殘屑和磁棒上的鐵制物，通過(guò)這些可以了解變矩器的磨損情況，如發(fā)現(xiàn)異常磨損（除了一般被截留在濾清器和磁棒的微小顆粒外）應(yīng)立即停止使用，解體檢查。

變矩器的油和濾芯應(yīng)每隔1200h或更早更換，取決于工作任務(wù)的環(huán)境的類型。此外，若發(fā)現(xiàn)變色或強(qiáng)烈氣味說(shuō)明有油污或經(jīng)過(guò)高溫作業(yè)，油必須更換。在兩次換油之間，600h必須更換濾芯。