冉學(xué)平¹　馬海軍^1*　劉旭¹　楊建平²　岳智慧²

(1.成都名辰傳動(dòng)設(shè)備有限公司　成都　611130；2.四川理工技師學(xué)院　成都　611130)

摘　要：本文以某進(jìn)口立磨減速機(jī)為例，介紹了在維修該減速機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)推力瓦座損傷。通過推力瓦瓦面高度檢測(cè)，探討了推力瓦與輸出法蘭間隙在落磨輥前后差異的原因，分析了推力瓦座損傷的原因，明確了高強(qiáng)度推力瓦安裝螺栓產(chǎn)生松動(dòng)甚至斷裂的根本原因是因?yàn)橥屏ν?、調(diào)整墊與推力瓦座產(chǎn)生了氣蝕現(xiàn)象，該結(jié)果和發(fā)現(xiàn)為該類減速機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和安全性能的提高提供了重要參考。

0　前言

立磨減速機(jī)作為一種大型粉磨設(shè)備，在礦山、火電、水泥生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外立磨減速機(jī)皆由箱體、行星架、齒輪、軸及軸承等組成[1]。國(guó)內(nèi)主流廠家為重齒、南高齒等，國(guó)外主要有德國(guó)弗蘭德、倫克、瑪格及日本住友等知名廠家。在重齒實(shí)現(xiàn)立磨減速機(jī)國(guó)產(chǎn)化設(shè)計(jì)制造之前，國(guó)內(nèi)所使用的立磨減速機(jī)皆依靠進(jìn)口。國(guó)內(nèi)外立磨減速機(jī)經(jīng)過二十余年的現(xiàn)場(chǎng)使用，都暴露出了一些不足之處，有待于進(jìn)一步改進(jìn)?？傮w來講進(jìn)口齒輪箱更為可靠，但國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)制造水平通過不斷改進(jìn)和完善也取得了較為顯著的提升！

1　工程概況

本文所論述的某進(jìn)口大型立磨減速機(jī)內(nèi)部傳動(dòng)系統(tǒng)分為三級(jí)傳動(dòng)，級(jí)為錐齒輪副傳動(dòng)，第二、三級(jí)皆為行星周轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)結(jié)構(gòu)[2]。該進(jìn)口大型立磨減速機(jī)經(jīng)過幾代跟進(jìn)改進(jìn)設(shè)計(jì)制造，可靠性在實(shí)際使用中領(lǐng)先于其它廠家?？傮w來講，此進(jìn)口立磨減速機(jī)制造精度高，設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)考慮充分，尤其是關(guān)于整臺(tái)減速機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)十分合理，其結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)、潤(rùn)滑充分，為減速機(jī)安全可靠運(yùn)行提供了基本保障。推力瓦用兩個(gè)球頭定位銷的定位方式獨(dú)特，使用效果佳，避免了推力瓦合金面的各種損傷。尤其三件套（太陽輪、連接齒套及鼓形齒軸，三個(gè)零件構(gòu)成的齒形聯(lián)軸器），經(jīng)過十余年的使用，磨損非常輕微。但推力瓦、推力瓦調(diào)整墊、推力瓦座三者間高強(qiáng)度連接螺栓松動(dòng)及斷裂已經(jīng)成為了普遍現(xiàn)象[3]。國(guó)內(nèi)某大型集團(tuán)使用了七臺(tái)同類機(jī)型，普遍出現(xiàn)了推力瓦座高強(qiáng)度螺栓松動(dòng)甚至斷裂的情況，經(jīng)過多次優(yōu)化設(shè)計(jì)，將螺栓個(gè)數(shù)增加到6，螺栓直徑增大到M24，性能等級(jí)提高到12.9，該情況仍沒有得到解決，給立磨減速機(jī)的使用帶來了極大的隱患，原廠家派出多批現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)工程師及專家調(diào)研現(xiàn)場(chǎng)，但至今仍未給出合理解釋。

2　推力瓦瓦面高度高度檢測(cè)

我公司于2020年4月中旬對(duì)某公司進(jìn)口生料立磨主減速機(jī)進(jìn)行了解體維修。立磨減速機(jī)中12塊推力瓦呈圓周分布，其分布示意圖如圖1所示。

圖1 推力瓦分布示意圖

在回裝推力瓦前，通過對(duì)12塊推力瓦合金面接觸痕跡觀察，依據(jù)瓦面接觸印痕判定減速機(jī)在使用時(shí)瓦面高度是基本一致的。推力瓦、推力瓦調(diào)整墊及推力瓦座安裝后結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 推力瓦安裝結(jié)構(gòu)示意圖

12塊推力瓦中，9號(hào)推力瓦瓦座產(chǎn)生了裂紋，由于不清楚原始廠家制造工藝，為了驗(yàn)證瓦座開裂后是否因?yàn)楫a(chǎn)生裂紋而釋放內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致瓦座變形，故在裝配時(shí)我們對(duì)所有推力瓦瓦面高度（即瓦面共面度）都進(jìn)行了初步檢測(cè)。檢測(cè)方法：用1500mm游標(biāo)卡尺貼實(shí)兩塊瓦面，兩人用手壓緊游標(biāo)卡尺兩端，另一人用0.03mm的塞尺檢測(cè)，都未能塞出間隙；對(duì)于9號(hào)瓦，我們從8號(hào)及10號(hào)瓦兩個(gè)方向都進(jìn)行了檢測(cè)，亦未測(cè)出間隙。這種檢測(cè)方法對(duì)于高差較大的間隙是很容易檢測(cè)出來的，0.03mm的塞尺塞不出間隙則理論上來說高差應(yīng)該在0.02mm以內(nèi)。

油壓檢測(cè)試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)各推力瓦間高壓油壓力差異較大，停機(jī)放油后對(duì)推力瓦與輸出法蘭的間隙進(jìn)行了再次檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)2 ,3 ,8 ,9號(hào)瓦分別能塞進(jìn)0.20mm,0.20mm,0.25mm及0.40mm的塞尺，表明這種狀況下2，3，8，9號(hào)瓦面分別低了0.10mm，0.10mm，0.125mm及0.20mm。然后我們又把磨輥落下，再依次用塞尺檢測(cè)，結(jié)果所有瓦面與輸出法蘭之間都沒有了間隙，表明這種情況下，所有瓦面高度基本是一致的。

3　推力瓦座損壞原因分析

3.1  氣蝕現(xiàn)象

氣蝕現(xiàn)象是指流體中的氣泡在壓力、速度達(dá)到臨界值時(shí)瞬間潰滅，在潰滅瞬間產(chǎn)生極大的沖擊力和高溫，氣泡破裂瞬間所有的能量集中在破裂點(diǎn)上，產(chǎn)生幾千牛頓甚至更高的沖擊力，沖擊力的壓力高達(dá)2000Mpa以上，大大超過了大部分金屬材料的疲勞破壞極限，固體表面在經(jīng)受這種高沖擊力的多次反復(fù)作用，材料發(fā)生疲勞剝落，使表面形成小凹坑，進(jìn)而發(fā)展成海綿塊狀；同時(shí)由于氣泡潰滅瞬間產(chǎn)生的高溫使得夾帶在氣泡內(nèi)的少量氧氣等活潑氣體對(duì)金屬表面產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，電化學(xué)腐蝕會(huì)加速氣蝕的破壞作用。

流體中氣泡的形成：當(dāng)液體在與固體表面接觸處的壓力低于它的蒸汽壓力時(shí)，將在固體表面附近形成氣泡[4]。氣蝕通常發(fā)生在離心泵葉輪（液體流入和流出端速度和壓力產(chǎn)生急劇變化）和閥門（液體流過節(jié)流孔前后流道面積的變化會(huì)導(dǎo)致速度與壓力的急劇變化），在其它情況很少發(fā)生。

3.2 潤(rùn)滑油的粘壓特性

潤(rùn)滑油的粘壓特性是指潤(rùn)滑油的粘度隨著壓力變化而變化的特性[5]。當(dāng)壓力變化較小時(shí)，潤(rùn)滑油粘度變化甚微，基本可忽略不計(jì)；當(dāng)壓力變化較大超過20Mpa時(shí)，潤(rùn)滑油的粘度會(huì)隨壓力增大而成指數(shù)級(jí)增大[6].即

式中壓力為105Pa時(shí)的粘度值，相對(duì)壓力為p時(shí)的粘度值，b與油液有關(guān)的系數(shù)。

正因?yàn)闈?rùn)滑油的粘壓特性，所以重載齒輪副傳動(dòng)，在主、從動(dòng)齒輪齒面足夠光滑的情況下，潤(rùn)滑油足以把相互嚙合的一對(duì)輪齒隔開自身也不會(huì)破裂，即形成一薄層高壓潤(rùn)滑油膜。因此，齒輪副傳動(dòng)時(shí)只要潤(rùn)滑不失效，輪齒表面磨成鏡面后磨損就自然終止了。

3.3推力瓦、推力瓦座及推力瓦調(diào)整墊氣蝕現(xiàn)象

如圖3，圖4，圖5所示，分別為推力瓦背面、推力瓦座、推力瓦調(diào)整墊，圖6為典型氣蝕現(xiàn)象。通過圖3至圖6腐蝕現(xiàn)象對(duì)比，圖3至圖5的腐蝕現(xiàn)象明顯就跟圖6一樣屬于氣蝕現(xiàn)象。通過圖4-圖5腐蝕區(qū)形狀對(duì)比發(fā)現(xiàn)，其腐蝕區(qū)形狀完全一致，這就說明圖4與圖5即推力瓦座與推力瓦調(diào)整墊的損壞并非由于原料及制造工藝不合格導(dǎo)致的損傷，損傷區(qū)域一致說明他們損傷區(qū)域之間相互發(fā)生了反復(fù)沖擊力作用，且該沖擊力的大小超越了其材料的疲勞極限。

圖4即推力瓦座產(chǎn)生了裂紋，且裂紋深度達(dá)到了20mm左右，參見圖7裂紋無損探傷圖片。裂紋基本處在損傷Z嚴(yán)重幾個(gè)區(qū)域的對(duì)稱中心線上，因?yàn)樵趦蛇吺┘訅毫r(shí)在對(duì)稱中心線上產(chǎn)生的彎矩Z大，在持續(xù)反復(fù)作用下材料容易從應(yīng)力集中處產(chǎn)生疲勞裂紋。應(yīng)力集中因素很多，材料缺陷、加工粗糙度、退刀槽、倒角、圓弧、臺(tái)階過度處等等，當(dāng)然在壓力超過材料疲勞極限時(shí)即使沒有應(yīng)力集中的因素，久而久之材料也會(huì)產(chǎn)生疲勞斷裂。故推力瓦座的損傷也并非是材料與制造工藝原因?qū)е隆?/p>

推力瓦調(diào)整墊裝配在推力瓦與推力瓦座之間，且推力瓦座外邊緣與推力瓦安裝孔配合非常緊密，基本沒有間隙，我們?cè)诓鹦兜臅r(shí)候就是用螺釘通過頂絲孔強(qiáng)頂出來的。

在減速機(jī)使用過程中，整個(gè)推力瓦浸泡在油中，推力瓦與推力瓦座之間又形成了非常狹小的透氣間隙，當(dāng)油在與固體表面接觸處的壓力低于它的蒸汽壓力時(shí)，便在固體表面附近形成大量氣泡，這就為氣蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生創(chuàng)造了天然條件。

4　落磨輥前后測(cè)量數(shù)據(jù)差異原因分析

落磨輥前后測(cè)量數(shù)據(jù)差異是怎么產(chǎn)生的。通過前面的分析我們已經(jīng)明確了推力瓦、推力瓦調(diào)整墊及推力瓦座之間已經(jīng)產(chǎn)生了氣蝕現(xiàn)象。

落磨輥前施加