减速机高速轴齿轮断齿问题的处理.pdf

减速机高速轴齿轮断齿 问题的处理 唐山中浩化工有限公司 河北 10 0 0 4 9 邵斌 摘要 搅拌反应釜运行过程中产生的交变载 荷对减速机高速轴齿轮造成冲击 利用弹性联轴器对两 轴之间相对偏移的补偿作用 缓解了交变载荷对减速机 的影响 在取得了预期效果的同时 降低了系统运行成 本 提高了系统的稳定性和可靠性 关键词 减速机搅拌器联轴器齿轮 一 前言 减速机用于原动机和工作机或执行机构之间 起 匹配转速和传递转矩的作用 在现代机械中应用极为广 泛 减速机是国民经济诸多领域的机械传动装置 服务 领域涉及冶金 有色 煤炭 建材 船舶 水利 电 力 工程机械及石化等行业 本文所述减速机用于化工 生产中的反应搅拌釜 减速机为立式平行轴双级圆柱 齿轮减速机 速 L i 1 9 3 输出转矩兀为39 2 1 N m 搅 拌器为锚式搅拌器 起动转矩疋为76 4 0 N m 采用5 1 0 0 H z 变频电动机 转速为l4 7 0 d m in 二 问题发现 搅拌器在安装投用初期能正常平稳工作 在运行 约5 个月后 接连出现不明原因的异响 引起减速机异 响的因素很多 如设计 制造 安装 运行以及检修 等 经检查 异响来自减速机输入端 在排除了常见的 可能因素后 决定对减速机输入端拆解检查 检查结果如下 2 1 一级减速大齿轮打齿 见图1 2 高速轴小齿轮磨损出台 高速轴有拉伤 见图 3 高速轴轴承室磨损变大 图1损坏的一级减速大齿轮 图2 损坏的一级减速小齿轮 三 问题分析 1 使用工况 该减速机应用于立式反应搅拌釜 采用锚式搅拌 嬲伽罢用竺麓i5 3 2 0 1 5 年 W W We t y j xco m 第9 期 M 叭G 薹就耐扰 伽腮蕊通 Z 纪讪游卯万w 矾石油 化I 通用机械 7 e t t l 0 7 U l l l l l 1 h e m i I m l u t t l 器 搅拌特性为中高黏度液体混合 传热反应 在生产 过程中根据物料进量 反应器内温度 反应器内压力等 随时调整搅拌转速 由于工艺上的需要 搅拌过程为不 稳定状态 存在交变载荷 2 机械结构 减速机为立式安装 自上而下分别为电动机 减 速机 机架 搅拌器 如图3 所示 电动机输出轴通过 套筒式联轴器与减速机输入轴直接相联 实际是电动机 输出轴插入中空的减速机输入轴并用卡环夹紧的方式 属于套筒联轴器的一个变形 是刚性连接 减速机输出 轴通过梅花形弹性联轴器与搅拌轴相连 图3 减速机安装示意 套筒联轴器的结构简单 制造方便 成本较低 径向尺寸小 但装拆不方便 需使轴作轴向移动 适用 于低速 轻载 无冲击载荷及工况平稳的两轴之间的联 接 最大工作转速一般不超过2 5 0 r m in 套筒联轴器不 具备轴向 径向和角向补偿性能 套筒式联轴器属于刚 性联轴器 属于刚性联轴器的还有夹壳联轴器和凸缘 联轴器等 工艺生产的特点决定了搅拌过程中必然会产 生交变载荷 生产过程是一个不稳定过程 设计人员在 联轴器选型的过程中显然也注意到了这个问题 因此在 搅拌轴与减速机输出轴之间选用了梅花形弹性联轴器 梅花形弹性联轴器的弹性元件近似梅花状 该联轴器具 有补偿两轴相对偏移 减振 缓冲性能 径向尺寸小 结构简单不用润滑 承载能力高 维护方便 更换弹性 元件需轴向移动 适用于联接同轴线 起动频繁 正反 转变化 中速 中等转矩等传动轴系和要求工作可靠性 高的工作部件 梅花形弹性联轴器具有很好的平衡性能 和适用于高转速应用 最高转速可达3 00 0 0 r m in 的能 力 但不能处理很大的偏差 尤其是轴向偏差 较大的 5 4 然慧黑 年嬲 偏心和偏角会产生比其他伺服联轴器大的轴承负荷 搅拌轴上的交变载荷虽然通过梅花形弹性联轴器 进行了平衡 但是事实证明这是不够的 由于微小的交 变载荷的传递导致减速机输入轴轴承在连续运转之后出 现轴承室磨损变大 进而使减速机一级减速齿轮在啮 合的过程中出现受力不均匀 随着时间的累积最终导致 一级减速大齿轮打齿事故的发生 拆解过程中还发现 高速轴轴承出现润滑脂不足的现象 该处轴承型号为 6 3 1 4 Z 因该轴承有侧面端盖 只需在安装时一次性加 入足量的润滑脂 也因此轴承位置并没有预留加油孔 轴承缺油也加速了事故的发生 四 解决方案 既然问题是由交变载荷的传递引起 解决方案就 是缓解交变载荷对设备本体的影响 因刚性联轴器无法 补偿生产过程中传递的交变载荷 所以需要对高速轴联 轴器进行重新选型 经过与减速机生产厂家的沟通 决 定将电动机与减速机输入轴之间的刚性联轴器改为梅花 形弹性联轴器 改为弹性联轴器后电动机与减速机之间 的空间需要加大以满足安装联轴器的需要 同时在设备 使用现场应有足够的安装空间以适应这种改进 改进后 搅拌过程中产生的交变载荷大部分由搅 拌轴与减速机之间的梅花形联轴器抵消 剩下的一小部 分由电动机与减速机之间的弹性联轴器抵消 有效地改 善了减速机的运行环境 五 实施效果 通过减速机前后两处弹性联轴器的保护 有效缓 解了不平衡载荷对减速机以及电动机的冲击 稳定了工 艺生产 改进后设备能持续平稳运行 没有再发生断齿 现象 目前在运转的设备共计1 2 台 按照改进前的使用 寿命计算 不考虑因维修造成的减产损失 此项改进预 计每年仅维修资金就可节约6 0 余万元 设计选型的重要性在这里有了非常重要的体现 本案例是理论设计与现场实际不相符的一个例证 选用 刚性联轴器在理论设计上也许是能够通过的 如果理论 计算不能通过也不会选用 但实际使用过程中发现 这种选择是不经济的 刚性联轴器不具有补偿被连接两 轴轴线相对偏移的能力 也不具有缓冲减振性能 只有 在载荷平稳 转速稳定 能保证被联两轴轴线相对偏移 下转第5 7 页 表3 设定防喘振参数 I 段压比 I I 段质量流量 干 t h 段压比 I 段实测喘振及设定防喘振曲线如图2 所示 段 实测喘振及设定防喘振曲线如图3 所示 溆0 I l I I 振I l l 线 定防喘振曲线 计l F 常点 汁最小点 o j 厂 而广 面 1 丽 i万 菊I J 段质齄流蠼 下 A 汕 图21 段实测喘振及设定防喘振曲线 厂 其测喘振曲线 5 定防喘振曲线 殳汁l F 常点 赞计f t l d 点 5 l f l j 二 一 3 钏 3 I l 段质f l 流f l L 1 1 图3I I 段实测喘振及设定防喘振曲线 五 结论 1 由于仅靠汽轮机做功及尾气膨胀机在介质为热 空气下膨胀做功 根本不能满足压缩机整机喘振试验 功率的需要 降低转速试验 喘振点参数换算又不准 确 所以采取分段进行喘振试验的方法 2 观察压力表指针回摆压力下降时 认为压缩机 发生了喘振现象 并迅速手动使低压断路器失电 将喘 振现象消除 3 由表3 可知 I 段和 段的防喘振流量 实测喘 振流量x1 1 I 段和 段的防喘振压比 实测喘振压 比 4 从图2 可看出 在I 段设计压 t 4 1 1 2 时 I 段 设计最小点流量 2 2 4 t h 比设定的防喘振流量 1 9 4 t h 大1 5 5 从图3 可看出 在 段设计压比3 6 7 25 时 段设计最小点流量 2 2 4 t h 比设定的防喘振流 量 1 9 8 t h 大1 3 1 说明设定的I 段和 段防喘振 曲线不但能满足压缩机在设计正常点下安全运行 也能 满足在设计最小点下安全运行 分段喘振试验方法 喘振现象判断及消除方法简 单可行 容易实施及操作 能够确保压缩机安全 可 靠 顺利地进行试验 能够准确实测出压缩机各段喘振 参数 且能够广泛用于其他多轴或多段压缩机的喘振试 验 参考文献 1 胡茜 张娜 彭洪斌 C C C 控制系统在首套P T A 机组 中的应用 J 工业仪表与自动化装置 2 0 1 2 4 7 7 8 0 2 李怀庆 轴流压缩机喘振初期现象的特性分析 J 流体 机械 2 0 0 1 1 1 3 王飞 压缩机喘振与3 C 防喘振控制器在空压机上的设 计策略 J 工业仪表与自动化装置 2 0 1 3 3 7 7 8 l 翎 收稿日期 2 0 1 5 0 4 0 7 上接第5 4 页 极小的情况下 才可选用刚性联轴器 在工业发达国家 中 刚性联轴器已基本淘汰不用 但因刚性联轴器结构 简单 价格便宜 在我国仍占据着一定的市场份额 参考文献 1 单辉祖 谢传锋 工程力学 M j 匕京 高等教育出版 社 2 0 0 4 2 1 0 k 慧珠 郑海泉 化工机械制造 M 一匕京 化学工业 出版社 1 9 9 0 3 郑津洋 董其伍 桑芝富 过程设备设计 M 2