涤纶浸胶帘子布减速箱的故障分析

郭 怡，邵凤翔

(河南工程学院机械工程学院，河南郑州451191)

涤纶浸胶帘子布具有断裂强度高、断裂伸长率低、尺寸稳定性好、耐湿热和耐磨性好等优良性能，广泛应用于要求尺寸稳定好的子午线轮胎、飞机胎、乘用胎和轻卡轮胎［1］。

浸胶是涤纶帘子布生产中重要的后加工过程。涤纶帘子布通常用双浴浸胶，即先经第一阶段含有环氧树脂的封闭异氰酸酯的胶乳对涤纶帘子布进行预处理，第二阶段再用丁吡胶等混合乳液浸胶，以达到良好的浸胶目的。

涤纶浸胶帘子布产品品种、规格是按照客户的需求不断变化的。设备设计时参数的确定是依据产品品种、规格而定的［2－3］，设备的承载能力满足当时生产的需要。随着市场对大规格品种的需求增加，设备的承载能力呈现不足，导致设备发生故障。通过对齿轮模数校核计算及参数选择，确定新的齿轮参数;通过润滑油牌号和润滑方式的重新确定及加强管理，设备处于良好状态。

1 减速箱故障的产生及原因分析

1.1 涤纶帘子布张力架装置

涤纶帘子布张力架装置是浸胶热处理过程的重要设备，在生产现场共有5组张力架装置，是利用帘子布和罗拉的摩擦力来保持张力。每组张力架装置都是由驱动电机、联轴器、抱闸、减速器、输入输出轴、轴承及转动罗拉组成，有立式和卧式两种布置型式。第一、第二、第三、第四张力架是卧式布置型式，第五张力架是立式布置型式。其中，每组张力架装置的轴承对数和罗拉个数不同。第二张力架装置有8对轴承和8个罗拉，呈卧式布置(见图1)。

图1 第二张力架装置示意Fig.1 Schematic of the second tension rack device

第二张力架装置是处在拉伸区，张力设定值在同规格同品种的产品生产时张力值最大。

第二张力架装置的减速器是二级齿轮减速器，同轴式布置。驱动电机的转速和转矩通过二级齿轮减速器由高速低转矩变为低速大转矩驱动从动件工作，同时满足转速和转矩的设定要求。

1.2 第二张力架装置故障现象

张力架罗拉转动由驱动电机驱动工作，张力的大小由帘子布与罗拉的摩擦产生，帘子布在张力架8个罗拉上以“S”形缠绕(图1点划线所示)。第二张力架装置的张力架为卧式，由8根罗拉、8个相同的齿轮和16个轴承及循环水冷却装置、集中供油供脂润滑装置、喂入罗拉组成。由于整个张力架装置传递运动和动力，张力架装置不可避免产生振动、冲击、噪音及伴随温升现象，且由于产品的品种、规格不同，张力的大小也不同，出现的上述现象也不同。经验表明，若设备的承载能力不足，会导致第二张力架装置的减速箱出现故障，如两级传动的齿轮轮齿全部严重磨损、小齿轮轮齿齿根磨损、部分轮齿折断等。

1.3 减速器故障原因

第二张力架装置减速箱体积较小，运转时，噪音不大，见图2。

图2 第二张力架装置驱动部件Fig.2 Drive unit of the second tension rack device

涤纶浸胶帘子布产品的品种规格一般是1100 dtex、1 400 dtex和1 670 dtex，第二张力架装置设定的张力最大值为5 000 kg。但随着市场的变化，客户对大规格品种1 870 dtex、2 100 dtex的需求增加，第二张力架装置设定的张力最大达6 700 kg，致使第二张力架装置受力变大，工作状况恶化，导致第二张力架装置减速器发生齿轮折断及点蚀。

通过查阅设计资料，减速器为两级斜齿齿轮传动。通过对高速级齿轮的主动轮进行弯曲疲劳强度校核，高速级齿轮的主动轮设计时选择的齿轮模数为5 mm，小于进行弯曲疲劳强度校核计算的齿轮模数(约6 mm)。第二张力架装置减速器齿轮磨损及折断正是由于选择设计的齿轮模数较小导致的。

2 解决措施

2.1 齿轮模数的重新选择及齿轮参数

考虑到浸胶帘子布产品的品种规格不断变化及第二张力架装置齿轮工作状况，高速级齿轮的主动轮模数选择GB/T1357—2008标准模数系列的第Ⅱ系列中的 7 mm［4］。

根据现场实际情况，电机选取不变，齿轮材料选取及热处理方法不变，齿轮齿数、压力角不变。因为齿轮的主要几何参数都与模数成正比，模数越大，齿距也大，轮齿也越大，轮齿抗弯能力增强。齿轮采用模数为7 mm进行弯曲疲劳强度设计计算及进行接触疲劳强度校核，齿轮既满足弯曲疲劳强度又满足接触强度，齿轮是安全的。

2.2 齿轮润滑油牌号及润滑方式

依据齿轮参数及电机选择，当齿轮模数为5 mm，计算原高速级齿轮的主动轮的齿面接触应力为950 MPa，小齿轮分度圆速度为8.96 m/s，根据表1选择中负荷工业齿轮油(L-CKC)，如黏度为150 mm2/s的润滑油，采用油池润滑。

表1 齿轮传动润滑油牌号Tab.1 Lubricant grades for gears

当齿轮模数为7 mm，计算高速级齿轮的主动轮的齿面接触应力为710 MPa，小齿轮分度圆速度为12.54 m/s，减速箱则不宜采用油池润滑。这是因为圆周速度高，齿轮上的油大多数被甩出去而达不到啮合区;搅油过于激烈，油温增加，降低了润滑性能;搅起箱底沉淀的杂质，加速齿轮的磨损。故生产中第二张力架减速箱采用喷油润滑，用油泵将润滑油直接喷到啮合区［5］。根据表1并结合现场实际，选择L-CKC，如黏度为220 mm2/s的润滑油，采用喷油润滑。

通过对齿轮模数的重新选择及第二张力架减速箱的设计计算，采用新的润滑油牌号和润滑方式，并通过加强设备检查检修力度，做好预防措施，减速箱润滑油生化指标检验由每月一次增加为每月两次;润滑油的更换周期由半年一次变为3个月更换一次，有效地降低了设备故障率，减速箱的技术性能及运行状态良好。

3 结论

a.减速箱在设计时的承载能力只能满足当时的需要，当载荷增加时，应考虑其承载能力，避免故障的发生。

b.减速箱采取何种润滑方式由线速度确定，选择合适的润滑方式，可提高其使用寿命。

c.减速箱主要故障是两级传动的齿轮轮齿严重磨损及折断，这是设计时选择的齿轮模数过小而导致的。

d.通过重新选择齿轮模数为7 mm，并确定齿轮参数，改用黏度为220 mm2/s的润滑油，采用喷油润滑，减速箱的技术性能及运行状态良好。

［1］ 董纪震，孙桐，古大治，等.合成纤维生产工艺学［M］.2版.北京:纺织工业出版社，2007:94－273.

［2］ 胡强升.高分子化学及工艺学［M］.北京:化学工业出版社，1994:102 －114.

［3］ 高雨生，张瑞志，李穗探，等.化纤设备［M］.北京:纺织工业出版社，2005:125－175.

［4］ 杨可桢，程光蕴，李仲生著.机械设计基础［M］.北京:高等教育出版社，2006:164－187.

［5］ 李永清，郑淑贞.化工新型材料［M］.北京:化学工业出版社，2003，12－37.