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某水泥厂回转窑开式齿轮失效原因分析

更新日期: 2017年01月20日 【字体:

一、案例背景

某水泥厂一台回转窑于20133月更换新了开式齿轮润滑油。4月、5月现场巡检时发现齿面完好,但从6月份开始发现齿轮表面出现疲劳点蚀凹坑(见图1),并有热胶合现象及塑性变形现象(见图2)。对此现象,该公司设备管理人员怀疑新近更换的开式齿轮油存在质量问题,特委托广研检测对新油质量进行检测,分析齿轮失效原因。

 

二、检测数据分析

广研检测在接到客户的委托后,对该客户的新油和在用油同时进行测试,测试数据见表1

1  故障齿轮新油与在用油主要项目检测数据

检测项目

新油

在用油

运动黏度 100

460.1

389.3

工作锥入度 25

430

439

烧结负荷 P_D|

>7846

>7846

Fe

8

45

Al

>1200

805

Mo

208

96

Si

45

22

Mg

224

108

Ca

51

27

Zn

8121

5501

P

1100

490

三、齿轮失效原因分析

对于该齿轮,失效原因可以从油品性能和齿轮失效形式两方面来寻找原因。

1. 油品性能

从表1的检测的数据可以看出,新油的各项测试指标都正常,在用的开式齿轮油黏度明显下降,但是其他指标变化不大。由于黏度是齿轮油的一项重要指标,对齿轮油而言,黏度过低会导致油膜强度不够,不能起到应有的抗磨作用,会导致齿轮异常磨损。

2. 齿轮的失效形式

从图1、图2可以看出,该齿轮故障形式有点蚀、塑性变形和胶合。

1)点蚀

齿轮传动过程中,两齿面之间在接触处产生循环变化的接触应力,如果这种接触应力超过齿面材料的接触疲劳极限,经过一段时间后,在齿面表层内部就会出现微观的疲劳裂纹,随着这种裂纹的蔓延与扩展,齿面金属表层将产生片状剥落而形成麻坑,即通常所说的点蚀。当润滑油黏度过低时,油品容易渗透到裂纹里去,加速裂纹扩展,导致齿面出现点蚀现象。

2)塑性变形

塑性变形是由于重载而使表面应力超过齿轮材料的弹性极限而引起轮齿表面变形。通常在较软材料中出现这种情况,表面材料可能沿齿端面和齿顶挤压,最后在齿面上形成毛刺。节线起皱突起或齿根凹陷也属于这个范畴。这类破坏现象是通常是由强烈振动或冲击载荷引起,但是高黏度润滑剂有缓冲载荷的作用,只不过仅靠改变润滑剂不能解决这类问题。

3)胶合

胶合是油膜被破坏而引起的金属熔融后产生的损伤。黏度对胶合有较大的影响。如果油品黏度过低,就难以形成足够厚度的油膜,当齿轮在高速、大载荷下运行时,由于油膜厚度不够,两齿面就会直接接触,形成局部高温,接触区出现胶合现象。

3. 失效原因综合分析

综合分析而言,该齿轮失效的主要原因是黏度降低。但是据客户反映,该齿轮箱也是一直采用的这个油品,使用了几年都没出现过故障,而本次更换新油后才短短三个月黏度就显著下降,而对新油的检测表明新油无质量问题。为了进一步查出黏度下降原因,广研检测技术人员又与客户进行了沟通,结果发现两个重要情况:一是该水泥厂三月份更换新油的同时也更换了开式齿轮,在出现故障时,齿轮还处于磨合期;二是该回转窑的额定生产量是每日2500吨,但是最近几个月每日生产量都达到了3000吨,即该齿轮长期在超负荷运行。由此可见,处于磨合期的齿轮,其剪切力作用较大,又长期在高温高负荷下运行,油品在高剪切力作用下,油品长碳链断裂,表面油膜破坏,这些都是导致黏度下降、齿轮失效的根本原因。

四、广研建议

当广研检测将分析结论告知客户时,得到了客户的高度认可。针对此问题,广研检测建议客户在更换新的开式齿轮后,要制定磨合方案,在齿轮磨合期间,应该针对性的选择磨合期专用油;此外应当尽量避免齿轮长期超负荷运行,当无可避免时,就必须缩短油品监测周期,密切关注齿轮运行情况。

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