冉學平¹　馬海軍^1*　劉旭¹　楊建平²　嶽智慧²

(1.成都名辰傳動設備有限（xiàn）公司　成（chéng）都　611130；2.四川（chuān）理（lǐ）工技（jì）師學院　成都　611130)

摘　要：本文以某進口立磨減速機為例，介紹了在維修（xiū）該減速機時，發現推力瓦座損傷。通過（guò）推力瓦瓦麵高度檢測（cè），探討了推力瓦與輸出法蘭間隙在落磨輥前後差異的原因，分析了推力瓦座損傷的原因，明確了高強度推力瓦安裝（zhuāng）螺（luó）栓產生（shēng）鬆動（dòng）甚至（zhì）斷裂的（de）根本原因是因為（wéi）推力瓦（wǎ）、調整墊與推力瓦座產生了氣蝕現象，該結果（guǒ）和發現為該類減速機的優化設計和安全性能的（de）提高（gāo）提供了重（chóng）要參考（kǎo）。

0　前（qián）言

立磨減速機作為一種大型粉磨設備，在礦山、火（huǒ）電（diàn）、水泥生產中被廣泛應（yīng）用（yòng）。國內外立磨減速機皆由箱體、行星架、齒輪、軸及軸承等組（zǔ）成[1]。國內主流廠家（jiā）為重（chóng）齒、南高（gāo）齒等，國外主要有德國弗蘭德、倫克、瑪格及日本住友等知名廠家。在（zài）重齒實現立磨減速機（jī）國產化設計製造之前，國內所（suǒ）使用的（de）立磨減速機皆依（yī）靠進口。國內外立磨減速（sù）機經過二十餘年的現場使用，都暴露出了（le）一些不足之處，有（yǒu）待於進一步改進。總體來講進口齒輪箱更為可靠，但國內的設計製造水平通過（guò）不斷改進和完善也取得了（le）較為顯著的提升！

1　工程概況

本文所論述的某進口大型（xíng）立磨減速機內（nèi）部傳（chuán）動係統分為三級傳動，級為錐齒輪副（fù）傳動，第二、三（sān）級皆為行星周轉（zhuǎn）輪係傳（chuán）動結構[2]。該進口大型立磨減速機經過幾代跟進（jìn）改進設（shè）計製（zhì）造，可靠性在實際使用中領（lǐng）先於（yú）其它廠家。總體來講，此進口立磨（mó）減速機製造精度高，設計細節考慮充分，尤其是關於整台減速機潤滑（huá）係（xì）統的設計十分（fèn）合理，其結構精簡、潤滑（huá）充分，為（wéi）減速機安全可靠運行提（tí）供了基（jī）本保障。推力瓦用兩個球頭定位銷的定位方式獨特（tè），使用效果佳，避免了推力瓦合金麵的各種損傷。尤其三件套（太陽輪、連接（jiē）齒套及鼓形齒軸，三個（gè）零件構成的齒形聯軸器），經過十餘年的使用，磨損非（fēi）常輕微。但推力瓦、推力瓦調整墊、推（tuī）力瓦座三者間高強度連接螺栓鬆動及斷裂已經成為了普遍現象[3]。國（guó）內某（mǒu）大型（xíng）集團使用了七台同類機型，普遍出現了推力瓦座（zuò）高強度螺栓鬆動甚至斷裂的情況，經（jīng）過多次優化設計，將螺栓個數增加（jiā）到6，螺栓直徑增大（dà）到（dào）M24，性能等級（jí）提高到12.9，該情況（kuàng）仍沒（méi）有得到解決，給立磨減速機的使用帶來了極（jí）大的（de）隱患，原廠家派出多批現場服務工程師及專家調研現場，但至今仍（réng）未給出合理解釋。

2　推力瓦瓦麵（miàn）高度高度檢測

我公（gōng）司於2020年4月中旬對某公司進口生料（liào）立磨主減速機進行了解體維修。立磨減速機中（zhōng）12塊推力瓦呈圓周分（fèn）布，其分布（bù）示意圖如圖1所示。

圖1 推力瓦分布示（shì）意圖（tú）

在回裝（zhuāng）推力瓦前，通過對12塊推力（lì）瓦合（hé）金麵接觸（chù）痕跡觀察，依據瓦（wǎ）麵接觸印痕判定減速機在使用時瓦麵高度是基本一致的。推力瓦、推力瓦調整墊及推力瓦座安裝後結（jié）構示意圖如圖2所示。

圖2 推力瓦安裝結構示意圖

12塊（kuài）推力瓦（wǎ）中，9號推力瓦瓦（wǎ）座產生了裂紋，由於不清楚原始廠家製造工藝，為了（le）驗證瓦座（zuò）開裂後是否因為（wéi）產生（shēng）裂紋而釋放內應力導致瓦座變形，故在裝配時我們對（duì）所有推力瓦瓦麵高（gāo）度（即瓦麵共麵度）都進行了初步檢測。檢測方法：用1500mm遊標卡尺貼實兩塊瓦麵，兩人用（yòng）手壓緊遊標卡尺兩端，另一人用（yòng）0.03mm的塞尺檢測，都未能塞出間隙；對於9號瓦，我們從8號及（jí）10號瓦兩個方向都進行了檢測，亦未測出間隙。這種檢測方法對於高差較（jiào）大的間隙是很容易檢測出來的，0.03mm的（de）塞尺塞不出間隙則理論上來說高差應該在0.02mm以（yǐ）內。

油壓檢測試驗時發現各推力瓦間高壓油壓力差異較大，停（tíng）機放油後對推力（lì）瓦與輸出法蘭的間隙進行了再次檢（jiǎn）測，發現2 ,3 ,8 ,9號瓦分別能塞進0.20mm,0.20mm,0.25mm及0.40mm的塞（sāi）尺，表明這種狀況下2，3，8，9號（hào）瓦麵分別低了0.10mm，0.10mm，0.125mm及0.20mm。然後我們又把（bǎ）磨輥落下，再依次用塞尺檢測，結果所有瓦麵與輸出法蘭之間都沒有了間隙，表明這種情況（kuàng）下，所有瓦麵（miàn）高度基（jī）本（běn）是一致的。

3　推（tuī）力（lì）瓦座損壞原（yuán）因（yīn）分析

3.1  氣蝕現象

氣蝕現象是指流體中的氣泡在壓力、速度達到臨界值時瞬間潰滅，在潰滅瞬間產生極大的衝擊（jī）力和高溫，氣泡（pào）破裂瞬間所有（yǒu）的能量集中在破裂點上，產生幾千牛頓甚至更高的衝擊力，衝擊力的壓力高達2000Mpa以上（shàng），大大超過了大部分金屬材（cái）料的疲勞破壞極限，固體表麵在經受這種高衝擊力的多次反複作用，材料發生疲勞剝落，使表麵形成（chéng）小凹坑，進而發展（zhǎn）成海綿塊狀；同時由（yóu）於氣泡潰滅瞬間產生的高溫使得夾帶在氣泡內的少量氧氣等活潑氣體對金屬表麵產生電化學腐蝕，電化學腐蝕會加速氣蝕的破壞作用。

流（liú）體中氣泡的形成：當液體在與固體（tǐ）表麵接觸處的壓力低於它的蒸汽壓力時，將在固體表麵附近形成氣泡[4]。氣蝕通常發生在離心泵葉輪（液體流入和（hé）流出端速度和壓（yā）力產生急劇變化）和閥（fá）門（液體（tǐ）流過節流孔（kǒng）前後流道麵積的變化會導致速度（dù）與壓（yā）力的急劇變化（huà）），在其它情（qíng）況很（hěn）少發（fā）生。

3.2 潤（rùn）滑油的粘壓特性

潤（rùn）滑油的粘壓特性（xìng）是指潤滑（huá）油的粘度隨著壓力變化而變化的特性[5]。當壓力（lì）變化（huà）較小時，潤滑油粘度變化甚微，基本可忽略不計；當壓力變化較大超過20Mpa時，潤滑油的粘（zhān）度會隨壓力增大而成指數級增大[6].即

式中壓力為105Pa時的粘（zhān）度值，相對壓力為p時的粘度值，b與油液（yè）有關的係數。

正（zhèng）因為潤滑油的粘壓特性（xìng），所以重載齒輪副傳動，在主、從動齒輪齒（chǐ）麵足夠光滑的情況下，潤滑油足以把相互齧（niè）合的（de）一對輪（lún）齒（chǐ）隔（gé）開自身也不會（huì）破裂，即形成一薄層高壓潤滑油膜。因此，齒輪副傳動（dòng）時隻要潤滑不失效，輪齒表麵磨（mó）成鏡麵後磨損就（jiù）自然終止了。

3.3推力瓦、推力（lì）瓦座（zuò）及推力（lì）瓦調整墊氣蝕現象

如圖3，圖4，圖5所示，分別為推力瓦背麵（miàn）、推力瓦座、推力瓦調整墊，圖6為典型氣蝕現象。通過圖3至圖6腐蝕現（xiàn）象對比，圖3至圖5的腐蝕現象明顯（xiǎn）就跟圖6一樣屬於氣蝕現象。通過圖（tú）4-圖5腐蝕區形（xíng）狀對比發現，其腐蝕區形狀完全一致，這就說明圖4與圖5即推力瓦座與推力瓦調整墊的損（sǔn）壞並非由於原料及製造工（gōng）藝不合格導致（zhì）的（de）損傷，損傷區（qū）域一（yī）致說明他們損傷區域之間相互發生了反複衝擊力作用，且該衝擊力（lì）的大小超越了其材料（liào）的疲勞極限。

圖4即推力瓦座產生了裂紋，且裂紋深度達到了20mm左右，參見圖7裂紋無損探傷圖片。裂紋（wén）基本處在損傷Z嚴重幾個區域的對稱中心線上，因為在兩邊施加壓力時在對稱中心線上產生的彎矩Z大，在持續反複作用下材料容易從（cóng）應力集中處產生疲勞（láo）裂紋。應力（lì）集中因素很多，材料缺陷、加工粗（cū）糙度、退刀槽（cáo）、倒角、圓弧、台階過度處等等，當然（rán）在壓力超過材料疲勞極限時（shí）即使（shǐ）沒有應力集（jí）中的因素，久而久（jiǔ）之材料也會產生疲勞斷裂。故推力瓦座的損傷也並非（fēi）是材料（liào）與製造（zào）工藝原因導致。

推力瓦調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（mì），基本沒（méi）有間隙，我們在拆卸的時候就是用（yòng）螺釘通過頂絲孔強頂出來的。

在減（jiǎn）速機使用（yòng）過程中，整個推力（lì）瓦浸泡在油中，推力瓦與推力瓦座之間又形成了非常狹（xiá）小的（de）透氣間隙，當油在與（yǔ）固體（tǐ）表麵接觸處的壓力低於它的蒸汽壓力時（shí），便在固（gù）體表麵附近形成（chéng）大量氣泡，這就為氣蝕現象的產生創造了天然條件。

4　落磨輥前後測量數據差異（yì）原因分析

落磨輥前後（hòu）測量數據差異是怎麽產生的。通過前麵的分析我們已經明確了推力瓦、推力（lì）瓦（wǎ）調整墊（diàn）及推力瓦（wǎ）座之間已（yǐ）經（jīng）產生了氣蝕現（xiàn）象。

落磨輥前施加給推力瓦的壓力是由行星架與輸出法蘭組件重力（G1）加上磨盤重力（lì）（G2）所致，由（yóu）於推力瓦、推力瓦調整墊（diàn）及推力瓦（wǎ）座之間的氣蝕現象（xiàng），氣泡在G1+ G2作用下還沒有（yǒu）達到讓氣泡潰滅的臨界（jiè）條件，氣泡在G1+ G2作用下壓迫包裹它的潤滑油，潤滑油由於推力瓦與推力瓦座之間（jiān）形成的狹小（xiǎo）的緊（jǐn）密縫隙又（yòu）無法及（jí）時排出（chū），同時又因（yīn）為潤滑油的粘壓特性，氣泡（pào）施加給潤滑油的壓力越（yuè）大潤滑油粘度會（huì）變得越高，始終不會破裂，故（gù）在氣泡作（zuò）用下拉長推（tuī）力瓦安裝座螺栓使其產生（shēng）彈性變形而將輸出法蘭抬了起來。由於12塊瓦各自（zì）條（tiáo）件不（bú）一，氣蝕程度也不盡（jìn）相同（維修過程中，觀察拆開後的推力瓦、推力瓦調整（zhěng）墊及推力瓦座，全都有（yǒu）氣蝕現象，但氣蝕程度不盡相（xiàng）同），故輸出法蘭在各點被舉升的高度也有差異，從而導致了推力瓦與輸出法蘭之間間隙的產生。

在（zài）落磨輥（gǔn）後，由於磨輥重力（G3）遠大於G1+ G2，氣泡在G1+ G2+G3合力作用下終於達到（dào）讓氣泡潰滅的臨界條件，於是氣泡潰滅，輸（shū）出法（fǎ）蘭就落在了推（tuī）力瓦支撐麵上。這（zhè）時候（hòu）再去檢測輸出（chū）法（fǎ）蘭與推力瓦麵之（zhī）間是否有間隙測量結果就是真（zhēn）實值。

通過（guò）氣泡產生與潰滅這一氣蝕形象，也合理解釋了高強（qiáng）度推力瓦安裝螺栓為什麽會產（chǎn）生（shēng）鬆動甚至（zhì）斷裂的根本（běn）原因。

5　結論

(1)所有推力瓦頂麵基本共麵（miàn），裝配時對推力瓦共麵（miàn）性檢測結果是正確的。

(2)推力瓦（wǎ）座裂紋的產生不是材料與製造工藝導致的。若不解決根源，新換裝的推力瓦座（zuò）時間周（zhōu）期到了還會出現同樣的問題，或者（zhě）其它的推力瓦座也會相繼開裂，各高強度聯結螺栓依然會鬆動，甚至斷裂。（建議下次（cì）維修時（shí）：推力瓦（wǎ）座及其調整墊全部更換經過我公（gōng）司優化設計（jì）製造後的新件）。

(3)所有的高強度推力瓦座（zuò）聯結螺栓（shuān）全部鬆動且部分斷裂，並非裝配（pèi）或者螺栓本身質量問題。

(4)推力瓦調整墊與（yǔ）推力瓦（wǎ）座疲勞損傷（shāng）不是（shì）材料與製造工藝（yì）導致的。

(5)氣蝕現象（xiàng）的（de）產生（shēng）不是由製造工藝導致的，完全屬於Z源頭設計問題。下次維修時必須消除氣蝕?象產生的（de）先決條件，否則（zé）隨著（zhe）使用時間（jiān）的延長，將會導致（zhì）更多的問題出（chū）現，諸如推力瓦開裂等（děng）嚴重惡果。

參考文獻

[1] Hu L , Han-You R , Jian-Feng D , et al. Design and application of vertical mill reducer[J]. Heavy Machinery, 2011. 

[2]孫惢. 風力發電機傳動係（xì）統可靠性分析方法研究[D].東北大學（xué）,2011.

[3]韓翠英.煤礦機械傳動齒輪損壞原因及解決方式[J].煤礦機械,2012,33(11):230-232.

[4]殷財輝,李錫恩（ēn）.翅片式散熱器氣蝕研（yán）究[J].設備管理與維（wéi）修,2018(02):72-73.

[5]祁海洋. 高壓旋轉粘度計（jì）的研製及合成油（yóu）壓粘特性研究（jiū）[D].哈爾濱工業大學,2011.

[6]張植忠. 核主泵推力滑動軸承流體動力潤滑分析與實驗（yàn）研究[D].湘潭大學,2015.

（來源：中（zhōng）國水泥網）