化工機(jī)械齒輪故障的維護(hù)方法研究

呂曉序 佟城城 高成鳳

摘要：齒輪作為某些化工機(jī)械的傳動(dòng)機(jī)制，發(fā)揮著非常重要的作用，直接影響著化工機(jī)械的正常運(yùn)行。所以當(dāng)化工機(jī)械齒輪發(fā)生故障時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的維護(hù)。當(dāng)前我國(guó)對(duì)齒輪的維護(hù)方式比較多，但是還不夠全面，有些維護(hù)方法比較局限，不具有廣泛性。于是文章將研究化工機(jī)械齒輪故障的維護(hù)方法，提出了兩種維護(hù)方式，分別為激光熔覆技術(shù)的維護(hù)和熱脹法的維護(hù)，這兩種維護(hù)方法各具特色，應(yīng)用范圍較為廣泛，且其具有特殊性。然后再以球磨機(jī)作為研究對(duì)象，分析其齒輪出現(xiàn)的問(wèn)題，再針對(duì)問(wèn)題提出相應(yīng)的維護(hù)方法，經(jīng)過(guò)對(duì)球磨機(jī)齒輪故障的維護(hù)，維護(hù)效果比較明顯，使其又能繼續(xù)投入使用。

關(guān)鍵詞：化工機(jī)械;齒輪;故障;維護(hù)

中圖分類號(hào)：TQ050.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2019）12-0077-04

在化工機(jī)械實(shí)際的生產(chǎn)加工中，齒輪出現(xiàn)故障就直接影響到化工機(jī)械的傳動(dòng)，就會(huì)造成化工機(jī)械的生產(chǎn)效率，從而減少了企業(yè)的效益?；C(jī)械齒輪發(fā)生故障的主要形式有：齒輪折斷、變形、齒面點(diǎn)蝕、磨損、膠合等，這些問(wèn)題的出現(xiàn)都會(huì)給化工機(jī)械造成一定程度的影響，需要及時(shí)的采取維護(hù)方法。傳統(tǒng)的維護(hù)方式包含著：鑲齒、變位齒輪、堆焊、更換齒輪等，這些方式對(duì)一般的化工機(jī)械齒輪能夠起到一定的作用，但是對(duì)于不同的化工機(jī)械齒輪出現(xiàn)的不同問(wèn)題，需要有針對(duì)性的選擇合適的方式進(jìn)行維護(hù)[1]。本文將研究化工機(jī)械齒輪發(fā)生故障后的維護(hù)方法，所以本文主要提出了兩種新的維護(hù)方法，然后再以某化工球磨機(jī)為研究對(duì)象，分析其齒輪出現(xiàn)的問(wèn)題，然后才去合適的方式對(duì)其進(jìn)行解決。本文的研究的目的在于分析更多的新方法用于化工機(jī)械齒輪故障的維護(hù)中，能夠達(dá)到很好的故障維護(hù)效果。

1 化工機(jī)械齒輪故障維護(hù)應(yīng)用激光熔覆技術(shù)分析

激光熔覆技術(shù)就是在某物體表面加入熔覆材料，然后再用激光束將其與物體表面融為一體，物體的表面就被熔覆材料所覆蓋，可以增加物體的表面耐腐蝕、耐磨、抗氧化等作用[2]。

因?yàn)榧す馊鄹布夹g(shù)的有點(diǎn)比較突出，所以在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛。它的應(yīng)用目的主要在于3個(gè)方面，分別為快速成型、表面改性、表面修復(fù)。激光熔覆技術(shù)雖然應(yīng)用較為廣泛，但是在對(duì)于齒輪的維護(hù)應(yīng)用上卻比較少，因?yàn)榧す馄鞯墓β时容^小，對(duì)齒輪的維護(hù)效果不怎么樣。但是隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，如今大功率的激光器越發(fā)的普及，這樣讓齒輪維護(hù)上提供了一種新的方式。

化工機(jī)械有很多采用的是開(kāi)式齒輪傳動(dòng)方式，這種方式相對(duì)而言制造比較簡(jiǎn)單，而且齒輪出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能夠方便更換。但是化工機(jī)械一般情況下所工作的環(huán)境比較惡劣，會(huì)受到很大的荷載作用，而且還容易被腐蝕侵害、潤(rùn)滑不良，化工機(jī)械在長(zhǎng)期的工作之下，齒輪就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重磨損情況[3]，如圖l所示。

傳統(tǒng)的對(duì)化工機(jī)械齒輪的維護(hù)方式可以起到一定程度的作用，但是隨著社會(huì)的發(fā)展，維護(hù)的要求變高，傳統(tǒng)的方式就會(huì)慢慢被新的方式所取代。激光熔覆技術(shù)有著很好的優(yōu)勢(shì)，關(guān)注度比較高，它所設(shè)計(jì)到的學(xué)科領(lǐng)域也很多。激光熔覆的主要優(yōu)勢(shì)如下所示[4-5]。

1）激光作用于物體表面時(shí)，熱影響區(qū)域很小，而且對(duì)物體的變形影響很小，也不會(huì)破壞物體的力學(xué)性能。

2）激光熔覆技術(shù)的應(yīng)用很廣泛，很多材料都可以進(jìn)行熔覆，幾乎沒(méi)有限制。

3）通過(guò)激光將熔覆材料與物體結(jié)合是冶金結(jié)合，所以強(qiáng)結(jié)合強(qiáng)度很大。

4）激光熔覆技術(shù)的操作比較容易收到控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化比較容易。

5）覆蓋在物體表面的熔覆層結(jié)構(gòu)很密實(shí)、也很穩(wěn)定，能夠?qū)ξ矬w表面起到一定的加強(qiáng)作用。

2 化工機(jī)械齒輪故障維護(hù)應(yīng)用熱脹法分析

金屬或者合金本身會(huì)有一定的形變性能，熱脹法就是利用金屬的這種形變性能，通過(guò)在金屬表面施加一定的力量使金屬改變集合形狀而金屬自身不會(huì)受到損壞的一種方式。通過(guò)熱脹法維護(hù)零件的一般情況下時(shí)壓力加工的方式，其工作的對(duì)象是零部件而不是毛坯。這種方法的原理就是就是將零部件沒(méi)有工作的地方的部分金屬放到已經(jīng)被磨損的部位，然后將磨損的部位進(jìn)行恢復(fù)，即零部件恢復(fù)名義尺寸。所以通過(guò)使用這種方式就會(huì)改變零部件的外形，也會(huì)改變化工機(jī)械的結(jié)構(gòu)和性能。將熱脹法運(yùn)用到化工設(shè)備齒輪的故障維護(hù)中，我國(guó)已經(jīng)有人在嘗試，但是目前還沒(méi)有出現(xiàn)完成的工藝維護(hù)方式。

本文以其他相關(guān)的工藝作為參考，提出了一種維護(hù)化工機(jī)械滲碳齒輪的方式?；C(jī)械齒輪很多情況下是因?yàn)殚L(zhǎng)期的磨損而導(dǎo)致齒輪表面出現(xiàn)磨損而失效，這時(shí)只是齒輪的表面被磨損掉一些材料，而化工機(jī)械的其他部位存在充足的材料可以供于磨損部位的填充。然后再設(shè)計(jì)合適的模具，對(duì)齒輪進(jìn)行限制作用，以保證徑向自由度。比如以含有輪轂的化工機(jī)械為研究對(duì)象，使用加熱處理的方式讓齒輪和輪轂變形，此時(shí)齒輪的外形就會(huì)變大，然后再通過(guò)進(jìn)一步的加工及熱處理，就可以制造出性能相同的齒輪。圖2即為熱脹法對(duì)化工機(jī)械齒輪故障維護(hù)的示意圖。

某些化工機(jī)械中含有側(cè)減速器，其中的被動(dòng)齒輪很多情況下所采用材料為20Cr2Ni4A，硬度可以超過(guò)HRC57，但是在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，一段時(shí)間后齒面會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損情況，如圖3所示。

出現(xiàn)這種現(xiàn)象時(shí)，必然需要給出合理的方式對(duì)其進(jìn)行解決，有一種方式就是使用堆焊修復(fù)，這種方式就是在被磨損的齒輪表面焊接一層硬度非常高的材料已達(dá)到齒輪維護(hù)的作用。但是由于滲碳齒輪的含碳量非常高，會(huì)對(duì)堆焊工藝造成很大的影響，不利于施工和不能達(dá)到滿意的效果。為了達(dá)到滿意的效果需要消費(fèi)高額的成本和復(fù)雜的工藝，而且施工會(huì)非常的困難，甚至無(wú)法完成，所以用這種方式對(duì)化工機(jī)械齒輪故障的維護(hù)是無(wú)法實(shí)施的。但是使用熱脹法能夠解決掉這些問(wèn)題。不會(huì)因?yàn)榱悴考牟牧隙兴拗?，操作較為簡(jiǎn)單，而且還能夠節(jié)約成本，還有助于環(huán)保節(jié)能，能夠?qū)⒉牧涎h(huán)利用。最重要的是熱脹法能夠很快、很明顯的將受損的齒輪進(jìn)行恢復(fù)尺寸，且加工余量小，這種方式特別適合盤(pán)狀齒輪的維護(hù)。

3 球磨機(jī)齒輪故障的維護(hù)分析

3.1球磨機(jī)大小齒輪嚙合故障原因

以某在役球磨機(jī)為研究對(duì)象，該研磨機(jī)至今已使用了大約三年的時(shí)間，期間小齒輪因?yàn)閾p壞已經(jīng)更換，但是也存在輕微的振動(dòng)，后來(lái)，小齒輪和軸承被損壞，進(jìn)行了及時(shí)的修理，再投入使用，現(xiàn)在小齒輪又在此的被損壞了。

通過(guò)對(duì)球磨機(jī)的故障進(jìn)行檢測(cè)，最后的檢測(cè)結(jié)果如表1所示，從表1中可以分析得出球磨機(jī)的大齒輪徑向跳動(dòng)量、齒頂和齒測(cè)間隙不符合規(guī)范，全部都超過(guò)了球磨機(jī)的安裝允許范圍。

通過(guò)的檢測(cè)結(jié)果可以分析出球磨機(jī)大小齒輪主要存在以下兩種問(wèn)題：

1）大齒輪的接頭跳動(dòng)量比較大，大約高出標(biāo)準(zhǔn)值的50%，究其原因是大齒輪的齒面上所受到的荷載分布不均勻所造成的。檢驗(yàn)的方式就是在大齒輪的齒面上涂抹上紅丹粉，然后再讓其運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)大齒輪大約有25%的齒面接觸斑點(diǎn)比較少，并且，主要集中在一半的齒輪上，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因就是大小齒輪的嚙合程度不好，就會(huì)造成小齒輪較少的部分反而承受更大的荷載，在運(yùn)行過(guò)程中過(guò)不了對(duì)久就會(huì)被損壞。然后再進(jìn)一步的檢測(cè)，出現(xiàn)大齒輪的這種問(wèn)題主要原因就是大齒輪的毛坯件其內(nèi)部存在的應(yīng)力還沒(méi)有消失，將其運(yùn)用到球磨機(jī)上時(shí)這種應(yīng)力就會(huì)繼續(xù)的釋放，從而導(dǎo)致大齒輪應(yīng)力沒(méi)有釋放完的那部分出現(xiàn)變形的現(xiàn)象，齒輪的形狀發(fā)生了變化，齒輪的接頭處就會(huì)發(fā)生比較大的跳動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)小齒輪與受到變形的大齒輪嚙合時(shí)，齒面就會(huì)存在荷載不均勻，并且壓應(yīng)力集中現(xiàn)象，小齒輪長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行必然會(huì)受到疲勞，當(dāng)達(dá)到一定時(shí)間后，小齒輪就會(huì)被損壞，這樣就會(huì)減少小齒輪的使用壽命。

2）大齒輪和小齒輪的基準(zhǔn)軸線不在一水平面上。檢測(cè)的方式是壓鉛法，該方法可以直接有效的反映出大齒輪和小齒輪的基準(zhǔn)軸線不在同一水平上。然后再對(duì)球磨機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)小齒輪的安裝不夠牢固，大齒輪負(fù)有很大的荷載會(huì)對(duì)小齒輪產(chǎn)生擠壓。小齒輪的承軸座就會(huì)隨著時(shí)間的流逝而發(fā)生位移，從而造成小齒輪與大齒輪的基準(zhǔn)軸線發(fā)生移動(dòng)。兩者的基準(zhǔn)軸線不平行，其在嚙合的過(guò)程中，齒頂就會(huì)承受過(guò)大的力量，這種原因也會(huì)致使小齒輪發(fā)生損壞。

3.2大小齒輪嚙合的修護(hù)方式

1）針對(duì)大小齒輪的接觸面出現(xiàn)斑點(diǎn)的的修護(hù)方式。采用的方式為手動(dòng)磨削，該方式操作比較簡(jiǎn)單，就是對(duì)斑點(diǎn)較少的大齒輪齒面凸起來(lái)的地方將其磨削，大齒輪的飛邊地方也要進(jìn)行削平。此方法對(duì)大小齒輪嚙合程度有所提高，沒(méi)修護(hù)前，接觸面斑點(diǎn)是50%，修護(hù)之后可以達(dá)到80%，其嚙合改善還是比較明顯的。

2）針對(duì)大小齒輪的軸線不在一個(gè)水平面上的處理方式。首先是需要計(jì)算出齒頂間隙的數(shù)據(jù)，然后再根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)大小齒輪軸向進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的方式有兩種，如圖4所示。第一種方式就是對(duì)大齒輪的軸線進(jìn)行調(diào)整，不改變小齒輪的軸線。這種方式的調(diào)整，因?yàn)榇簖X輪與球磨機(jī)的軸線是重合的，就要對(duì)球磨機(jī)的前軸瓦座進(jìn)行移動(dòng)，移動(dòng)的距離為2.317cm，由于這個(gè)移動(dòng)的距離比較大，就會(huì)很大程度的增加調(diào)整的時(shí)間，而且好需要重新采取刮瓦處理。此方法過(guò)于麻煩，不利于操作，且耗時(shí)長(zhǎng)，所以不適于此軸線平行度的調(diào)整。第二種方式就是對(duì)小齒輪的軸線進(jìn)行調(diào)整，不改變大齒輪的軸線。該方式就是對(duì)小齒輪的軸承進(jìn)行調(diào)整，然后通過(guò)壓鉛法測(cè)定齒頂間隙，看大小齒輪的軸線是否在一水平，該平行度也不需要完全的平行，只需要達(dá)到一定的允許范圍。該方式能夠很好的調(diào)整兩個(gè)軸線的平行度，但是也存在缺點(diǎn)，就是要對(duì)小齒輪軸承座、慢速盤(pán)車裝置、球磨機(jī)主電機(jī)都要進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的地方就比較多，但是相比于第一種方式，該方式更加的有效，簡(jiǎn)單，所以該球磨機(jī)的大小齒輪嚙合調(diào)整采取第二種方式。

表2為調(diào)整好周基準(zhǔn)線后的齒輪嚙合情況，從表中可以看出，調(diào)整后的大小齒輪嚙合情況能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。從表2中可以看出齒頂間隙測(cè)量的平均值超過(guò)了參考標(biāo)準(zhǔn)的值，但是超出的程度不大，對(duì)大小齒輪的嚙合產(chǎn)生的影響可以忽略不計(jì)。

通過(guò)上述對(duì)大小齒輪嚙合的維護(hù)之后，為了防止小齒輪的軸承受到較大的荷載作用，以免造成大小齒輪的軸線又不在一水平上，采取了用鋼板通過(guò)焊接的方式安裝在小齒輪的軸承座上，為了讓軸承更加的固定，從而能夠抵抗大齒輪對(duì)小齒輪的徑向推力。

從上述對(duì)球磨機(jī)齒輪的維護(hù)可知，除了大齒輪跳動(dòng)超出允許范圍沒(méi)有進(jìn)行維護(hù)之外，其他的問(wèn)題都已經(jīng)解決，為什么只對(duì)該問(wèn)題沒(méi)有解決呢？其中最主要的原因在于齒輪已經(jīng)變形了，該問(wèn)題比較嚴(yán)重，一些簡(jiǎn)單的人工操作沒(méi)法對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行維護(hù)。通過(guò)對(duì)球磨機(jī)齒輪的維護(hù)，球磨機(jī)又能再次的被運(yùn)用于加工生產(chǎn)中，且維護(hù)過(guò)后的球磨機(jī)運(yùn)行比較平穩(wěn)，之前會(huì)存在振動(dòng)現(xiàn)象，維護(hù)后的球磨機(jī)現(xiàn)在基本上沒(méi)有了，能夠達(dá)到正常運(yùn)行的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)將激光熔覆技術(shù)和熱脹法運(yùn)用于化工機(jī)械齒輪故障的維護(hù)中能夠發(fā)揮比較好的效果，并且其各具優(yōu)勢(shì)，能夠廣泛的應(yīng)用與不同的齒輪中。通過(guò)對(duì)球磨機(jī)進(jìn)行案例分析，提出齒輪的問(wèn)題，然后在針對(duì)問(wèn)題找出合理的解決方法，最后的維護(hù)結(jié)果能夠讓球磨機(jī)再次的投入使用。將來(lái)，科學(xué)技術(shù)將會(huì)越發(fā)的發(fā)達(dá)，解決化工機(jī)械齒輪故障的維護(hù)方式將會(huì)更加的豐富多樣，并且修復(fù)效果將會(huì)更加的優(yōu)異，文章只是對(duì)化工機(jī)械齒輪提出了兩種維護(hù)方法，還是不夠全面。

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