冶金桥式起重机减速机故障分析及预防

董立桐，李万顺

（天津天钢联合特钢有限公司，天津301500）

0 引言

冶金桥式起重机是炼钢生产线上的关键设备，而其主起升减速机是冶金桥式起重机的核心部分，其主要特点是作业率高、工作环境差、安全性能要求严格，如果发生事故将造成整个炼钢生产线将处于瘫痪状态。天津天钢联合特钢有限公司（后称联合特钢）炼钢厂配置八部用于吊运液态金属的冶金桥式起重机。2019 年在对桥式起重机主起升减速机点检时，发现钢水跨3#桥式起重机主升降减速机存在设备隐患，经查，减速机一侧齿轮轴7 个齿的齿面有不同程度表面脱落，齿脱落面呈带状，长度约50～60 mm，发现问题后立即组织更换该起重机主升降减速机，并对换下的减速机进行了全面拆解检查。

1 冶金桥式起重机减速机结构及参数

1.1 起重机减速机结构

联合特钢八部冶金桥式起重机主提升减速机型号、参数相同，可通用互换，减速机设计采用“一”字型卧式圆柱齿轮减速机结构，该结构由两台电机驱动，减速机两个低速轴带动两个卷筒完成被吊物上升和下降作业。为了保证两套驱动装置运行同步，减速机输出轴采用同步连接齿轮过渡。

1.2 起重机减速机型号及参数

减速机型号为QZJY5000—53.33，减速机起重量为180 t，工作级别M7，最大起升高度24 m，减速机重量约为20 t，可正反两向工作。

2 故障减速机检查情况及原因分析

2.1 故障减速机检查情况

2019 年10 月份，点检员发现钢水跨3#桥式起重机主升降减速机运行时声音异常、振动异常，在线打开检修孔盘车发现两根齿轮轴齿面硬度层有剥落情况，齿面出现大面积黏连性损坏，且损坏深度在1～2 毫米左右，尤其是左3 轴齿轮有7 个齿的齿面黏连性损坏面积达到50～80%，且损坏深度在1 毫米以上，运转时存在异响且噪音巨大超标。图1 为减速机各齿轮轴布置。

图1 减速机各齿轮轴布置

针对上述问题，炼钢厂于2019 年11 月24 日组织将该减速机整体更换，并组织专业技术人员对出现故障的减速机进行全面拆解检查。通过检测仪器对齿轮轴、齿面进行检测。检查发现的问题汇总如下：

（1）手动盘车逐个齿轮检查外观情况，检查发现左3 轴、右3 轴、右4 轴齿轮硬度层脱落，齿轮啮合偏载出现严重的点蚀剥落、胶合，齿轮轴存在不同程度磨损，如图2 所示。

图2

（2）使用探伤仪对齿面齿根进行磁粉探伤，检查发现左2 轴、左4 轴、右4 轴、右3 轴齿面齿根发现疲劳裂纹，齿面啮合偏向根部，存在点蚀磨损，如图3 所示。

图3

（3）对各部位轴承状况检查，发现部分轴承室与轴承配合存在误差，轴承外圈有窜动现象，如图4所示。

图4

结合以上检查情况，该减速机十组齿轮轴，除左1 轴、左5 轴、右 5 轴、右1 轴四套齿轮轴以外，其余六套齿轮轴均存在不同程度的缺陷以及轴承窜动情况，且齿面裂纹无法直观发现，需要借助仪器才能检测出来。

2.2 减速机故障原因分析

在减速机常见的故障缺陷中，齿轮、轴承失效或故障占比非常大，可达到80%左右。齿轮常见的失效形式有：齿轮磨损、齿面接触疲劳、齿面点蚀、齿面剥落、断齿等形式；轴承常见的失效形式有：疲劳剥落和磨损、过热烧伤、窜动、抱死、零件损坏等形式。

结合减速机常见故障特点和对该减速机的检查情况，针对齿轮轴出现的疲劳裂纹、齿面磨损、点蚀剥落、胶合情况，分析出可能原因如下：

2.2.1 轴承松动

轴承作为减速机重要的组成部分，常常处于连续高强度生产运行，性能的高低直接影响减速机的寿命，导致轴承松动原因有以下几种：

（1）主小车架承载结构刚度不够。主小车结构受动载荷影响变形量大，导致减速机箱体变形超标，轴承受力不均匀，齿轮轴平行度精度偏离，齿轮轴受轴向力导致齿轮轴轴向窜动。

（2）轴承与轴承室之间的配合不合理，容易引起轴承发生窜动情况。

（3）轴承室机械加工表面粗糙度不符合要求，轴承磨损不均匀，导致轴承松动。

（4）加工制造存在质量问题。表现为加工基准混乱，加工精度不达标等，主起升机构安装精度不合格，造成减速记齿轮轴轴向窜动严重。

2.2.2 齿面失效

冶金机械中齿轮失效方式很多种，就我厂桥式起重机减速机失效的原因分析有以下几个方面：

（1）减速机长期处于满负荷运行状态，受变载荷交替冲击，齿轮啮合不良，局部受力引起齿轮点蚀、胶合的失效情况。

（2）齿轮的齿面受到较大的接触应力，接触应力超过许应力，同时又在多重载荷的作用下容易导致齿面发生裂纹，裂纹多发生在齿轮节线附近，严重时导致表层带状脱落。

（3）齿轮在重载状况下润滑油膜被损坏，齿轮齿面金属面接触粘接，导致齿轮接触面在运行方向出现划痕。

（4）多数齿面已形成齿面疲劳裂纹，如上线使用，裂纹会逐渐扩展，在循环工作应力的作用下会出现齿轮点蚀剥落失效，进而可能会造成更严重的后果，影响齿轮箱运转。

2.2.3 齿轮磨损

工业用齿轮在正常使用情况下，齿轮副磨损是缓慢的，随着使用时间的增加，齿轮磨损是必然存在的，但非正常磨损主要表现以下几个方面：

（1）加工制造质量存在问题，齿轮配合不合格，造成齿轮啮合不良磨损。

（2）热处理工艺质量不达标，造成齿面硬度不合格，造成齿轮磨损速度快。

（3）齿轮配合精度不达标，齿轮运转时不能正常啮合，造成齿轮磨损。

（4）齿轮润滑不良导致的齿轮磨损。如果润滑油中杂质较多，将影响齿面及轴承的润滑效果，加速齿面啮合磨损、点蚀剥落失效。

3 预防措施

通过对故障减速机的损坏原因分析，有针对性的对线上减速机制定预防措施，通过合理、科学的预防措施，延长线上减速机使用寿命，具体的预防措施如下：

（1）调整减速机润滑油品，缩短润滑油品更换周期，调整润滑油的添加剂和粘度，对减速机箱体内杂质定期进行清理，保障油品清洁度，并检查减速机润滑系统运行情况，检查各轴承润滑进油情况。

（2）定期全面检查线上减速机轴承运行情况对于出现劣化轴承进行更换；复核各轴向间隙及时做出调整；调整齿轮啮合度，满足齿高方向≥50%齿长方向≥70%。

（3）定期全面检查减速机齿面硬度，对于齿面硬度降低或失效的齿轮轴进行更换或报废处理。

（4）定期对在线设备进行维护，改善其工作环境和条件，对设备进行细致、全面的检查，如有劣化迹象应及时得到处理。

（5）制作线下备件时，要加强监制工作。一是要对加工过程中齿轮尺寸精度严格控制，提高齿轮轴安装的精度，必要时对齿轮副啮合做适当的修配。二是，应通过提高轴承室加工精度、选用高品质轴承、严控轴承安装精度，提高轴承的使用寿命。

（6）加强技术人员的业务素质，提高业务能力及时、尽早发现轴承、齿轮轴劣化迹象。

4 结语

通过对出现问题的180 t 冶金桥式起重机主升降减速机下线后的拆解检查和故障分析，发现减速机故障的主要原因是减速机齿轮轴出现的疲劳裂纹、齿面出现磨损和点蚀剥落。通过对减速机故障原因的分析研究，制定了冶金桥式起重机减速机使用和维护措施，对今后起重机的日常使用维护和点检提供宝贵的指导性建议。