擠壓造粒機(jī)輔助齒輪箱振動(dòng)原因分析與處理

陳洪橋

（南京揚(yáng)子檢維修有限責(zé)任公司，江蘇南京210048）

擠壓造粒機(jī)輔助齒輪箱振動(dòng)原因分析與處理

陳洪橋

（南京揚(yáng)子檢維修有限責(zé)任公司，江蘇南京210048）

擠壓造粒機(jī)輔助齒輪箱振動(dòng)，解體檢查，齒輪箱內(nèi)SL184930軸承損壞，滾珠變形，滾道出現(xiàn)凹坑，軸承內(nèi)外表面干澀，軸頸表面金屬層剝落。

擠壓造粒機(jī)；齒輪箱；超越離合器；振動(dòng)分析

0 概述

擠壓造粒機(jī)組是公司級(jí)控制關(guān)鍵機(jī)組，是由德國(guó)WP公司引進(jìn)的ZSK300型雙螺桿擠壓造粒機(jī)，用于PP粉末的熔融混煉和造粒，該機(jī)組由主電機(jī)、齒輪箱（減速機(jī)）、混煉機(jī)、水下切粒機(jī)、電、汽加熱系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、儀表控制系統(tǒng)等組成，其主要組成及技術(shù)參數(shù)見表1。其中齒輪箱由主齒輪箱和輔助齒輪箱組成。主齒輪箱主要是在機(jī)組正常運(yùn)行的狀態(tài)下使用，輔助齒輪箱是在機(jī)組停車后或開車前用于機(jī)組的低速盤車。輔助齒輪箱（圖1）是通過(guò)4組傳動(dòng)齒輪實(shí)現(xiàn)3級(jí)減速，其輸出軸是空心軸，主齒輪箱600#軸穿過(guò)空心軸與輔助齒輪箱連接，通過(guò)超越離合器實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞。擠壓造粒機(jī)組主電機(jī)功率3150 kW，轉(zhuǎn)速1480 r/min；混煉機(jī)螺桿直徑Φ300 mm，長(zhǎng)度5041 mm，螺桿轉(zhuǎn)速153 r/min，額定轉(zhuǎn)矩13 000 N·m，速比9.68；切粒機(jī)轉(zhuǎn)速800～900 r/min，功率72 kW。輔助齒輪箱內(nèi)部見圖1。

1 故障現(xiàn)象

造粒機(jī)組輔助齒輪箱較大振動(dòng)，振動(dòng)幅度呈擺動(dòng)狀態(tài)，機(jī)組無(wú)法正常運(yùn)行而停車檢修。從振動(dòng)現(xiàn)象上判斷[1]，主齒輪箱600#軸出現(xiàn)彎曲的可能性比較大，否則不會(huì)出現(xiàn)如此之大的擺動(dòng)幅度，但是600#軸最小軸徑也有150 mm，常溫下若產(chǎn)生彎曲，除非受到非常大的外界作用力。從結(jié)構(gòu)上分析，600#軸所承受的外力僅為輔助齒輪箱的重量，不足以導(dǎo)致600#軸彎曲。再就是軸頸上出現(xiàn)了高溫，軸頸在高溫和外力的共同作用下發(fā)生了彎曲變形。

打開輔助齒輪箱及主齒輪箱600#軸進(jìn)行檢查，齒輪軸及軸承未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)主齒輪箱600#軸內(nèi)部及外側(cè)打跳動(dòng)值，也在正常范圍以內(nèi)。解體輔助齒輪箱，拆卸檢查超越離合器，均未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。打開600#軸與輔助齒輪箱連接處的軸承壓蓋，發(fā)現(xiàn)支撐軸承（型號(hào)SL184930）顏色異常。進(jìn)一步解體檢查，將600#軸從輔助齒輪箱內(nèi)抽出，發(fā)現(xiàn)SL184930軸承已經(jīng)完全損壞，滾珠變形，滾道出現(xiàn)很深的凹坑，整個(gè)軸承內(nèi)外表面干澀，顯然是受到高溫烘烤所致。拆卸軸承后檢查軸頸，軸頸表面金屬層剝落，軸承有跑內(nèi)圈跡象（圖2）。對(duì)安裝在輔助齒輪箱內(nèi)部的600#軸部分進(jìn)行彎曲度的檢查，在軸承燒損處出現(xiàn)很大的彎曲量，與拆前判斷軸有彎曲的觀點(diǎn)吻合。檢查輔助齒輪箱內(nèi)潤(rùn)滑油，油位高度處于溢流口位置，符合要求。

圖1 輔助齒輪箱內(nèi)部照片

2 原因分析

2.1 輔助齒輪箱的結(jié)構(gòu)及工作原理

輔助齒輪箱內(nèi)部有4根傳動(dòng)軸，分別由2個(gè)軸承支撐；600#軸連接主齒輪箱與輔助齒輪箱，軸上總共有4個(gè)軸承，其中2個(gè)軸承安裝在主齒輪箱內(nèi)部，伸出主齒輪箱的部分穿過(guò)輔助齒輪箱的空心軸與輔助齒輪箱連接，在輔助齒輪箱空心軸的內(nèi)部也有2個(gè)軸承，非驅(qū)動(dòng)側(cè)即為SL184930軸承，驅(qū)動(dòng)側(cè)安裝超越離合器和另一支撐軸承。輔助齒輪箱工作時(shí)，空心軸帶動(dòng)超越離合器連同600#軸一起旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞，此時(shí)SL184930軸承內(nèi)外圈一起旋轉(zhuǎn)，軸承僅起支撐作用；主齒輪箱正常工作時(shí)，600#軸旋轉(zhuǎn)，超越離合器在這種轉(zhuǎn)向下不傳遞動(dòng)力，此時(shí)輔助齒輪箱不工作，SL184930軸承外圈不動(dòng)內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)，軸承正常工作。

2.2 根據(jù)軸承損壞的表象分析輔助齒輪箱振動(dòng)故障產(chǎn)生過(guò)程[2]

輔助齒輪箱空心軸內(nèi)的SL184930軸承在缺油狀態(tài)下，由600#軸驅(qū)動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生高溫，將滾珠表面僅存的少量潤(rùn)滑油蒸干，軸承表面顯現(xiàn)出無(wú)潤(rùn)滑油的狀態(tài)，潤(rùn)滑條件進(jìn)一步惡化，軸承溫度進(jìn)一步升高，滾珠膨脹無(wú)法正常旋轉(zhuǎn)，滾珠由滾動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變成滑動(dòng)摩擦，軸承在滑動(dòng)摩擦下溫度急劇上升，內(nèi)圈膨脹，軸承內(nèi)外圈抱死無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而造成軸承內(nèi)圈與軸產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)（軸承跑內(nèi)圈）現(xiàn)象。軸承內(nèi)圈與軸摩擦產(chǎn)生高溫，軸變軟，在外力的作用下發(fā)生彎曲，從而引起輔助齒輪箱的大幅度振動(dòng)。若在造粒機(jī)組主齒輪箱啟動(dòng)之前，SL184930軸承已出現(xiàn)損壞且運(yùn)轉(zhuǎn)不暢，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，也會(huì)引起上面所述故障產(chǎn)生過(guò)程的一系列現(xiàn)象，但是在日常的狀態(tài)監(jiān)測(cè)中，并未發(fā)現(xiàn)輔助齒輪箱振動(dòng)逐漸變大的情況，初次停車之前也未出現(xiàn)輔助齒輪箱的異常振動(dòng)情況，因此推論軸承的損壞應(yīng)該是在啟動(dòng)主齒輪箱正常開車之后發(fā)生的。根據(jù)開車前的故障監(jiān)測(cè)可知，主齒輪箱啟動(dòng)之初，輔助齒輪箱并未出現(xiàn)異常振動(dòng)的狀況，證明振動(dòng)故障出現(xiàn)前SL184930軸承是正常的。

2.3 造成滾動(dòng)軸承損壞的主要原因

軸承工作環(huán)境變化（如潤(rùn)滑不良等），軸承安裝不當(dāng)（如軸承游隙調(diào)整不當(dāng)、無(wú)軸向竄量等），軸承本身質(zhì)量問(wèn)題，軸承選型不當(dāng)，軸承到達(dá)使用壽命周期。

2.4 滾動(dòng)軸承損壞的原因分析

因?yàn)楣收铣霈F(xiàn)之前，雖然做過(guò)檢修，但是并未動(dòng)到SL184930軸承，且以往運(yùn)轉(zhuǎn)都正常，故不存在選型或安裝不當(dāng)?shù)膯?wèn)題。軸承已經(jīng)使用了很長(zhǎng)時(shí)間，不存在軸承本身質(zhì)量的問(wèn)題。因此，造成軸承損壞的原因極有可能是軸承已經(jīng)到了使用的壽命周期或軸承的工作環(huán)境改變。軸承到了使用壽命周期出現(xiàn)故障的概率極?。ㄝS承更換僅有2年），并且通過(guò)日常的狀態(tài)監(jiān)測(cè)是可以測(cè)量出來(lái)的，因?yàn)樵谌粘５臓顟B(tài)監(jiān)測(cè)中并未發(fā)現(xiàn)振動(dòng)逐漸增大的情況，所以基本可以排除軸承到達(dá)正常使用壽命周期的情況。因此，只有軸承的工作環(huán)境發(fā)生了變化。一般軸承損壞，最有可能的原因就是軸承潤(rùn)滑不良。

2.5 輔助齒輪箱的潤(rùn)滑方式及過(guò)程

圖3 輔助齒輪箱進(jìn)油口及溢流口

輔助齒輪箱的進(jìn)油口是超越離合器端蓋蓋板中心上的油孔（圖3），潤(rùn)滑油經(jīng)由1根油管從主齒輪箱上引入，依次流經(jīng)外側(cè)軸承及超越離合器，進(jìn)入輔助齒輪箱內(nèi)，直至油位達(dá)到一定高度后溢出，由下方的回油管流入主齒輪箱。首先得到潤(rùn)滑的就是超越離合器外側(cè)的軸承，其次就是超越離合器。在油位達(dá)到溢流的高度后，輔助齒輪箱內(nèi)大部分軸承都可以實(shí)現(xiàn)浸油潤(rùn)滑，但仍有部分軸承浸不到油中，包括輔助齒輪箱輸入軸2個(gè)軸承和空心軸內(nèi)部的SL184930軸承。輔助齒輪箱輸入軸2個(gè)軸承因與油箱內(nèi)部直接相通，且暴露面積較大，在輔助齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)后即可獲得充分的濺油潤(rùn)滑，并且輔助齒輪箱轉(zhuǎn)速較低，輸入軸負(fù)載較小，即使得不到充分潤(rùn)滑，短時(shí)間內(nèi)也不容易出現(xiàn)故障。輔助齒輪箱空心軸內(nèi)部的SL184930軸承，雖然有油孔直接通往油箱內(nèi)部，但即使油箱油位達(dá)到溢流高度，仍然無(wú)法得到浸油潤(rùn)滑，只有依靠輔助齒輪箱長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)由第三級(jí)齒輪甩起的油通過(guò)油孔進(jìn)入軸承內(nèi)部，潤(rùn)滑量較少。輔助齒輪箱工作時(shí)，600#軸通過(guò)超越離合器與輔助齒輪箱空心軸合為一個(gè)整體，同時(shí)旋轉(zhuǎn)，此時(shí)SL184930軸承僅起到支撐作用，滾珠相對(duì)軸承呈靜止?fàn)顟B(tài)，可不需要潤(rùn)滑。機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，主齒輪箱600#軸帶動(dòng)SL184930軸承內(nèi)圈高速旋轉(zhuǎn)，而輔助齒輪箱空心輸出軸是不工作的，此時(shí)SL184930軸承正常工作，需要提供正常的潤(rùn)滑，在此工作狀態(tài)下，超越離合器旋轉(zhuǎn)帶起的潤(rùn)滑油，通過(guò)安裝在軸上的泵油螺旋將油泵入SL184930軸承，以實(shí)現(xiàn)軸承的潤(rùn)滑。

2.6 造成SL184930軸承缺油的可能原因

（1）主齒輪箱啟動(dòng)前，輔助齒輪箱內(nèi)無(wú)潤(rùn)滑油或油位過(guò)低，通過(guò)輔機(jī)的盤車工作，SL184930軸承無(wú)法獲得足夠的油潤(rùn)滑。

（2）主齒輪箱啟動(dòng)后，因輔助齒輪箱內(nèi)無(wú)潤(rùn)滑油或油位過(guò)低，SL184930軸承無(wú)法通過(guò)超越離合器的旋轉(zhuǎn)和安裝在600#軸上的泵油螺旋獲得足夠的潤(rùn)滑（圖4）。

（3）安裝在600#軸上的泵油螺旋不起作用，無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常的泵油潤(rùn)滑。

（4）以上3種原因可能會(huì)同時(shí)發(fā)生。

2.7 造成輔助齒輪箱內(nèi)無(wú)潤(rùn)滑油或油位過(guò)低的可能原因

（1）輔助齒輪箱的進(jìn)油管堵塞，無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常的供油。

（2）溢流管過(guò)低，輔助齒輪箱內(nèi)油位無(wú)法達(dá)到正常工作的油位。

（3）油運(yùn)時(shí)間過(guò)短，輔助齒輪箱內(nèi)還未儲(chǔ)存足夠的潤(rùn)滑油。

2.8 造成輔助齒輪箱內(nèi)無(wú)潤(rùn)滑油或油位過(guò)低的原因分析

故障出現(xiàn)前，曾經(jīng)停車更換輔助齒輪箱的超越離合器，檢修過(guò)程需要排凈輔助齒輪箱內(nèi)部潤(rùn)滑油。出現(xiàn)故障后重新解體輔助齒輪箱，檢查油位正常，說(shuō)明進(jìn)油管并未堵塞；檢查溢流管，也處于正常的高度。但是考慮到初次檢修時(shí)的環(huán)境溫度，連續(xù)數(shù)天氣溫都在零度以下，出現(xiàn)油溫過(guò)低、油黏稠度增加的可能性較大，這就給輔助齒輪箱的注油增加了難度，注油速度比正常溫度時(shí)要慢的多，這也屬于進(jìn)油管堵塞的一種現(xiàn)象，若仍按照正常油運(yùn)時(shí)間操作，就會(huì)出現(xiàn)油位較低的情況，而如果在這種油位較低的情況下啟動(dòng)主齒輪箱，必然會(huì)造成SL184930軸承的缺油損壞。但是這種油管堵塞的現(xiàn)象會(huì)隨著開車時(shí)間的增長(zhǎng)而緩解，因?yàn)檎ｉ_車過(guò)程中只要油泵不停，其油溫就會(huì)不斷的上升，最終注油正常，事后檢查油管和油位時(shí)，也不會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。因此，溫度較低的情況下，油運(yùn)時(shí)間過(guò)短或按照正常油運(yùn)時(shí)間開車，極有可能出現(xiàn)油箱內(nèi)油位過(guò)低的情況，導(dǎo)致問(wèn)題出現(xiàn)。

2.9 600#軸上泵油螺旋的分析

從設(shè)備的潤(rùn)滑機(jī)理上來(lái)說(shuō)，個(gè)人認(rèn)為安裝在600#軸上的泵油螺旋，其旋向是錯(cuò)誤的。按照目前的螺旋旋向，其泵油位置是螺旋前面的超越離合器，而超越離合器本身就是浸油潤(rùn)滑，無(wú)需額外供油；從另一個(gè)方面來(lái)講，主齒輪箱運(yùn)行后，螺旋后方實(shí)際上是無(wú)油可提供。而相反，其后方的SL184930軸承卻需要大量的潤(rùn)滑油提供潤(rùn)滑。日常開車未出現(xiàn)過(guò)類似故障的原因可能是正常開車后，會(huì)有大量的潤(rùn)滑油會(huì)以不同的形式進(jìn)入SL184930軸承，即使螺旋將油泵出，但仍有少量的潤(rùn)滑油起作用，軸承不會(huì)因此損壞。

3 分析結(jié)果

出現(xiàn)設(shè)備故障的原因：初次檢修中，輔助齒輪箱內(nèi)的潤(rùn)滑油已經(jīng)放盡，設(shè)備油運(yùn)過(guò)程中，因?yàn)闅鉁剌^低，潤(rùn)滑油黏度大，供往輔助齒輪箱內(nèi)的潤(rùn)滑油油路不暢，速度較慢，油位沒有在預(yù)定時(shí)間內(nèi)到達(dá)正常高度，而生產(chǎn)上急于開車，沒有適當(dāng)延長(zhǎng)油運(yùn)時(shí)間，導(dǎo)致輔助齒輪箱內(nèi)部油位過(guò)低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)SL184930軸承的正常供油，因此造成軸承缺油損壞，繼而造成600#軸的彎曲，引起輔助齒輪箱的大幅振動(dòng)。

4 解決措施

（1）按照正常的開車程序進(jìn)行。設(shè)備油運(yùn)→輔機(jī)盤車→主機(jī)開車，遇到氣溫較低的季節(jié)，設(shè)備油運(yùn)及輔機(jī)盤車的時(shí)間適當(dāng)加長(zhǎng)，以提高油溫，確保各處油路通暢，保證各部軸承的正常潤(rùn)滑。

（2）建議增加回油管的高度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)SL184930軸承的浸油潤(rùn)滑。

（3）建議改變泵油螺旋的旋向，以增大對(duì)SL184930軸承的供油量。

（4）定期進(jìn)行設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

（5）可考慮改進(jìn)潤(rùn)滑方式（如目前先進(jìn)的油霧潤(rùn)滑）來(lái)實(shí)現(xiàn)所有的軸承的浸油潤(rùn)滑。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)輔助齒輪箱的解體檢查，找到了引起設(shè)備振動(dòng)的原因，通過(guò)對(duì)輔助齒輪箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)及潤(rùn)滑機(jī)理的分析，了解到輔助齒輪箱內(nèi)部各個(gè)部件的工作狀態(tài)以及設(shè)備內(nèi)最易損壞的部件，還發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部原有的設(shè)計(jì)缺陷以及外部環(huán)境溫度對(duì)設(shè)備潤(rùn)滑的影響，并提出了解決問(wèn)題的方法。

圖4 安裝在600#軸上的泵油螺旋

［1］屈梁生，何正嘉.機(jī)械故障診斷學(xué)[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1986.

［2］鮑明，趙淳生.齒輪箱故障診斷技術(shù)的研究[J].南京：南京航空學(xué)院學(xué)報(bào)，1992（5）：566-573.

〔編輯 凌瑞〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.03.14