吳春東

摘 要：某港煤五期采用了SL10裝船機(jī)，這種裝船機(jī)的主要結(jié)構(gòu)為門架移動(dòng)伸縮式，能夠裝載定額8000t的煤炭，最高時(shí)可以達(dá)到8940t，在當(dāng)前應(yīng)用的過(guò)程中可以說(shuō)是世界上裝載能力最強(qiáng)的一種煤炭裝船機(jī)。其主要應(yīng)用了懸臂俯仰的方式，并且用鋼絲繩卷?yè)P(yáng)，包含了眾多的零部件，例如減速機(jī)、鋼絲繩卷筒以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)等，在裝船機(jī)懸臂俯仰運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)異常振動(dòng)的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象的出現(xiàn)就會(huì)引起整機(jī)共鳴的情形，所以會(huì)對(duì)重要焊縫帶來(lái)十分嚴(yán)重的影響，造成疲勞損傷現(xiàn)象的發(fā)生。所以整個(gè)司機(jī)室也會(huì)出現(xiàn)不斷的晃動(dòng)，在這樣惡劣的工作環(huán)境下，也會(huì)嚴(yán)重影響到生產(chǎn)的安全性。

關(guān)鍵詞：裝船機(jī)；俯仰振動(dòng)；故障；處理

造成裝船機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)的原因有很多，并且涉及到不同的部件，因?yàn)檎駝?dòng)產(chǎn)生的故障是不相同的，在這種情況下，要想對(duì)其進(jìn)行有效的處理，就必須要一定的時(shí)間掌握故障產(chǎn)生的原因，有針對(duì)性的進(jìn)行解決，這樣才能保證裝船機(jī)更加安全進(jìn)行生產(chǎn)。以本文中所提到的裝船機(jī)為例，先將裝船機(jī)的懸臂俯仰驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)劃分為劣化設(shè)備，并且采取必要的管理措施，首先是要將懸臂俯仰的速度降下來(lái)，并且對(duì)單位裝載量加以一定的限制，這樣的作用是減小在振動(dòng)過(guò)程中的沖擊能量。其次是要制定出一個(gè)合理的潤(rùn)滑方案，這樣可以確保運(yùn)動(dòng)副潤(rùn)滑具有良好的狀態(tài)。再次是要經(jīng)常進(jìn)行檢查，將檢查質(zhì)量水平提高到更高的層次上，對(duì)故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行研究。通過(guò)上述的管理以外，還應(yīng)該及時(shí)的對(duì)故障加以診斷。

1 故障診斷

1.1 振動(dòng)的時(shí)域和頻域分析

在對(duì)故障進(jìn)行診斷的過(guò)程中，應(yīng)該先對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)加以進(jìn)一步的分析，這樣可以對(duì)故障部件加以初步的斷定，在常見(jiàn)的故障部件中，主要有驅(qū)動(dòng)減速箱、鋼絲繩卷筒支撐軸承等，但是這并不能從根本上將故障的根源找出來(lái)，所以應(yīng)該在振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行時(shí)域以及頻域的分析工作，從而可以得到一個(gè)有關(guān)振動(dòng)頻譜的分析圖像。在這個(gè)圖像中可以清楚的得到以下幾點(diǎn)觀點(diǎn)。一是在卷筒軸承座的水平方向上以及齒輪軸承座的垂直位置上存在較大幅度的振動(dòng)，所以造成振動(dòng)的主要原因可以推斷是齒輪嚙合。二是因?yàn)檎穹牟▌?dòng)是比較明顯的，所以這可以證明在齒輪嚙合的過(guò)程中存在時(shí)松時(shí)緊的現(xiàn)象，具有分布性缺陷以及磨損的情況。三是在出現(xiàn)故障性振動(dòng)的過(guò)程中，其頻率為13.84Hz。

1.2 齒輪副嚙合頻率計(jì)算

在對(duì)裝船機(jī)的懸臂俯仰驅(qū)動(dòng)齒輪理論下的嚙合頻率進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中，主要采用的計(jì)算公式如下：

f=z

在這個(gè)計(jì)算公式中，z代表的是驅(qū)動(dòng)齒輪的齒數(shù)，w代表的是驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，i代表的是減速箱減速比，在這一公式中，如果z=16，w=950r/min，i=18，那么就可以將f計(jì)算出來(lái)，也就是嚙合頻率，結(jié)果是14.07Hz，故障特性頻率的結(jié)果是13.84Hz，這兩者之間實(shí)際上是十分接近的，并且與時(shí)域還有頻域分析的結(jié)果相互結(jié)合在一起，這樣就可以得出結(jié)果，造成振動(dòng)故障的主要根源在于俯仰驅(qū)動(dòng)齒輪副嚙合產(chǎn)生的不良影響。

1.3 齒輪損壞情況

在進(jìn)行檢測(cè)以及計(jì)算的基礎(chǔ)上可以得到相應(yīng)的結(jié)果，并且也對(duì)齒輪的厚度變化還有齒面的硬度等情況進(jìn)行了進(jìn)一步的檢測(cè)，結(jié)果表明，齒厚減小量為5.2mm，齒面硬度為42.6HRC，齒側(cè)隙為4.9mm，齒頂隙為6.2mm，這一齒輪與中心之間的距離為1649.8mm，并且模數(shù)為20mm，所以根據(jù)過(guò)往的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，，其嚙合側(cè)隙最大為2.5mm。并且根據(jù)相關(guān)規(guī)定的要求，應(yīng)該對(duì)線速予以一定的控制，不能高于10m/s，本齒圈中失效的極限齒厚應(yīng)該減小3mm才能滿足要求。并且在對(duì)其進(jìn)行檢查的過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)了齒面出現(xiàn)變形的情形，有些已經(jīng)剝落損傷了，所以可以得出該裝船機(jī)俯仰驅(qū)動(dòng)齒輪副損壞嚴(yán)重，已達(dá)到失效的標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)論。

2 故障的消除

2.1 齒輪損壞分析

依據(jù)國(guó)標(biāo)《GB/T3480-1997漸開(kāi)線圓柱齒輪承載能力計(jì)算方法》對(duì)齒根彎曲強(qiáng)度和齒圈齒面接觸強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，可知原設(shè)計(jì)中齒圈齒根彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù)為1.8，可以滿足使用要求，但接觸強(qiáng)度的安全系數(shù)僅為1.1?？紤]到裝船機(jī)俯仰機(jī)構(gòu)重載、較頻繁正反啟停的工況，安全系數(shù)偏小。另外，齒圈齒面實(shí)際硬度已經(jīng)由設(shè)計(jì)要求的50～60HRC降低到42.6HRC。由于硬度不足，齒面更容易產(chǎn)生異常磨損和塑性變形，從而導(dǎo)致齒輪副嚙合側(cè)隙不斷增大，而側(cè)隙增大會(huì)進(jìn)一步增加齒輪嚙合過(guò)程的沖擊，加速齒輪的損壞。

2.2 齒輪優(yōu)化設(shè)計(jì)

以提高齒輪副接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度為目標(biāo)，采用Solidworks Simulation和Adams View分別對(duì)該齒輪副進(jìn)行了靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。（見(jiàn)圖1、圖2）根據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)齒數(shù)、變位系數(shù)進(jìn)行了如下修改：

（1）將齒圈齒數(shù)由148減少到147。

（2）對(duì)齒輪副齒形采用正角變位設(shè)計(jì)，增大齒輪嚙合角。

通過(guò)優(yōu)化，齒圈接觸強(qiáng)度的安全系數(shù)提高到1.8，齒根彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)提高到2.1。另外，考慮到原齒圈在齒面接觸強(qiáng)度和硬度方面的不足，在新齒輪副設(shè)計(jì)和加工過(guò)程中，對(duì)材質(zhì)、機(jī)械性能、熱處理、齒面質(zhì)量方面提出了明確要求。

2.3 齒輪更換及維修效果

針對(duì)齒輪副更換中存在的“作業(yè)面高度大（27.5m）、工作空間狹小”這一技術(shù)難題，采用“岸外支吊、機(jī)房開(kāi)頂、卷筒同步頂升、齒圈整體更換”的維修工藝，獲得了成功。在完成更換后，對(duì)新齒輪副的嚙合側(cè)隙和齒面硬度進(jìn)行了檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。對(duì)于齒輪副的運(yùn)行振動(dòng)情況，通過(guò)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了專業(yè)的振動(dòng)檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果與更換前的振動(dòng)情況的對(duì)比見(jiàn)表2。檢測(cè)結(jié)果表明，SL10裝船機(jī)異常振動(dòng)完全消除。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在裝船機(jī)出現(xiàn)故障以后，應(yīng)該及時(shí)做好相應(yīng)的故障排查工作，并且在此基礎(chǔ)上加強(qiáng)對(duì)故障的維修，保證可以裝船機(jī)可以更加安全的進(jìn)行工作，為工作人員的生命安全保駕護(hù)航。

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