2500t/h卸船机减速机行星架开裂分析及对策

龙剑群，唐 琛，李 荣

(1.宝钢湛江钢铁有限公司，广东 湛江 524072；2.宝山钢铁股份有限公司，上海 201900)

0 引言

某公司辅料码头卸船机行星减速机国产化后，经过两年的使用，抓斗开闭机构行星减速机出现异音，严重影响设备的运行和生产节奏。因此，尽快查明行星减速机异音来源、分析故障原因、消除异音对应的设备隐患，对于提高设备的使用寿命和维护水平尤为重要[1]。

1 故障现象

经现场检查，卸船机抓斗开闭机构减速机(型号TJ9293Z，传动比31.21/20.07，功率450/200 kW)内部存在异音，抓斗开闭机构牵引钢丝绳动作异常，主要表现为钢丝绳不同步、抓斗动作不平衡、抓斗无法正常作业，导致卸船机停机，期间影响皮带运输系统同步停机。

经调整钢丝绳同步张紧后异音仍未消除，初步分析行星减速机内行星架可能脱焊，开箱检查减速机，现场拆卸减速机上箱盖后，将存在异音的行星减速机送至离线检修车间做解体前准备。行星减速机行星架与主轴焊接装配如图1所示。

1-主轴;2-行星架腹板;3-套管;4-结构块图1 行星减速机行星架与主轴焊接装配

2 解体检查

经对行星减速机解体，除了发现太阳轮一齿端部剥落、行星架与行星轮间有剧烈刮痕、行星架大齿内圈一齿严重变形以外，行星架腹板与主轴焊缝处开裂并完全脱落，如图2所示。

图2 主轴与行星架脱焊 图3 焊后MT探伤裂纹

为此，制定了行星架与主轴重新焊接方案，具体步骤为：①行星架与主轴脱焊分离后，用镗床对行星架扩孔；②主轴堆焊，为避免焊后变形引起形位精度变化，留有加工余量；③将行星架与主轴重新焊接；④焊后采用MT磁粉探伤；⑤上车床重新加工至图纸要求的尺寸及形位精度。按照以上重新制定的焊接方案进行行星减速机修复，在完成第4个步骤后，经焊后MT磁粉探伤检测焊接区域发现存在多道裂纹，如图3所示。鉴于太阳轮、行星架大齿内圈齿轮亦存在缺陷，且修复时间过长，暂停修复，重新采购相同型号行星减速机上机。

3 原因及对策

3.1 原因分析

(1) 材质焊接性能分析。减速机卷筒侧主轴材质为35CrMo，行星架材质为Q235B，Q235B焊接性良好，而35CrMo可焊性较差[2，3]，对焊接工艺要求高，焊接淬硬倾向大，焊接冷、热裂倾向严重，易形成含碳量高、硬度大的马氏体组织，导致过热区出现脆化现象，需焊前预热焊后调质等处理以消除焊接应力[4，5]。主轴与行星架化学成分及力学性能对比分别如表1和表2所示。

由表1和表2可见，主轴与行星架存在较大差异，35CrMo抗拉强度≥985 MPa，Q235B抗拉强度在370 MPa～500 MPa范围内，两种材料抗拉强度相差485 MPa～615 MPa，焊后在抓斗开闭机构反复动作的工况下，主轴与行星架腹板焊接处反复承受交变应力和扭转力，对焊缝焊接质量和结构强度提出了高的要求[6]。通过核查行星减速机原设计图纸设备清单，行星架材质本应为Q345B，而实际加工制造却使用了Q235B，对于卸船机如此重要关键核心传动部件减速机，行星架选用Q235B材质后，导致实际结构安全系数降低、可靠性下降。

表1 主轴与行星架化学成分对比(质量分数) %

表2 主轴与行星架力学性能对比

(2) 焊缝开裂失效分析。主轴与行星架的焊接为异种钢焊接，由于组织成分、接头热膨胀系数及应力分布不同，造成焊缝拘束度较高，焊接后焊缝中存在较高的残余应力，使得焊缝在热影响区产生裂纹[7，8]。卸船机抓斗反复开闭作业，使得减速机主轴与行星架焊缝部位在正反转、急停工况下受到交变应力及间歇性冲击力作用，致使裂纹在以上力的作用下不断扩展，最终导致开裂失效。

3.2 建议对策

(1) 对于卸船机关键零部件，如行星减速机，应作为事故件进行提前采购、储备。

(2) 一旦发生行星减速机异音，应视异音情况处置，若异音情况对卸船机生产作业不构成直接影响，应当降速运行，并加强日常点检，发现异常及时处理；若异音情况严重，应当立即停机检查，找到故障部位进行修复，若无法修复，应采取直接更换备件，避免修复时间过长且难以保证修复质量。

(3) 建议定期对卸船机行星减速机进行润滑油液理化性能检测，对油液中金属成分含量变化做倾向分析，及时把握减速机内磨损情况。

(4) 在行星架与主轴材质设计上，应以提升减速机关键部件使用寿命及安全可靠性作为前提，加强企业形象和信誉。

4 结论

通过对某公司2500t/h卸船机减速机行星架开裂原因进行分析，从设备维护、设计选型等方面提出了相应对策，充分保证了设计选型中行星减速机关键部件的结构强度及焊接质量，对于必须采用异种钢焊接的结构，应在设计选型上尽可能缩小两种材质在化学成分及力学性能上的差异或提高可焊性，同时还应合理选择焊接材料，确保异种钢焊接质量。