文/張平平·陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司

模鍛壓力機(jī)傳動(dòng)系故障分析處理探討

文/張平平·陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司

熱模鍛壓力機(jī)在鍛造行業(yè)使用比較普遍，其承載力大、工作臺(tái)面寬、生產(chǎn)的鍛件精度高，特別適合要求多工位鍛造的鍛件。但是熱模鍛壓力機(jī)傳動(dòng)系部件存在大、重、拆卸不便等特點(diǎn)。本文著重探討熱模鍛壓力機(jī)的傳動(dòng)系故障，介紹如何判斷與維護(hù)。并列舉案例對(duì)于傳動(dòng)軸及大小齒輪的修復(fù)提出自己獨(dú)到見解。

背景介紹

熱模鍛壓力機(jī)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：采用二級(jí)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，電機(jī)8帶動(dòng)小皮帶輪，大皮帶輪7和傳動(dòng)齒輪11分布在傳動(dòng)軸9兩側(cè)，傳動(dòng)軸9支撐在軸承10上，通過(guò)傳動(dòng)齒輪11將力傳遞到曲軸和滑塊上，利用離合器12和制動(dòng)器5來(lái)實(shí)現(xiàn)曲軸和滑塊的運(yùn)動(dòng)和停止。

圖1 熱模鍛壓力機(jī)機(jī)構(gòu)圖

本公司2500t壓力機(jī)采用類似結(jié)構(gòu)的二級(jí)傳動(dòng)，曾經(jīng)生產(chǎn)時(shí)突然出現(xiàn)壓力機(jī)變頻器工作過(guò)載故障。工作時(shí)主電機(jī)功率為160kW，壓力機(jī)大齒輪空轉(zhuǎn)時(shí)電流100A左右，壓力機(jī)帶載工作時(shí)瞬間電流大于700A，從如下幾個(gè)方面對(duì)壓力機(jī)進(jìn)行檢查，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行成功修復(fù)。

平衡缸

平衡缸有如下作用：⑴平衡滑塊和模具的重量。在滑塊向上回程時(shí)， 使傳動(dòng)系工作平穩(wěn)，減少飛輪能量消耗；⑵加速飛輪轉(zhuǎn)速恢復(fù)，促使飛輪動(dòng)能更有效的發(fā)揮作用；⑶防止工作時(shí)壓力機(jī)連桿軸瓦同曲軸發(fā)生沖擊；⑷防止滑塊在上死點(diǎn)時(shí)制動(dòng)器失效，防止滑塊在回程時(shí)離合器失效以及連桿斷裂時(shí)滑塊脫落對(duì)人員造成傷害；⑸平衡缸始終有一個(gè)向上的力，用來(lái)消除機(jī)械機(jī)構(gòu)的間隙。

對(duì)平衡缸機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查：⑴調(diào)整平衡缸的壓縮空氣壓力4～6bar，用“寸動(dòng)”行程規(guī)范使制動(dòng)器脫開，這時(shí)觀察滑塊動(dòng)作。如果滑塊下落，說(shuō)明平衡器氣壓偏低；如果滑塊靜止不動(dòng)或非常緩慢地上升，說(shuō)明氣壓調(diào)整正確；如果滑塊上升較快，說(shuō)明氣壓偏高。⑵檢查平衡缸有無(wú)漏氣。

離合器和制動(dòng)器

根據(jù)壓力機(jī)的工作特點(diǎn)，當(dāng)壓力機(jī)運(yùn)行時(shí)，制動(dòng)器要先工作脫開，然后離合器才工作。如果制動(dòng)器偶爾沒有脫開也會(huì)出現(xiàn)瞬間電流過(guò)大等現(xiàn)象。檢查凸輪開關(guān)的觸點(diǎn)及各個(gè)接觸器沒有發(fā)現(xiàn)線路虛接及觸點(diǎn)粘點(diǎn)接觸不好等現(xiàn)象；檢查雙聯(lián)安全閥工作正常，制動(dòng)器處接近開關(guān)檢測(cè)正常，說(shuō)明制動(dòng)器工作正常。

溫度檢測(cè)

傳動(dòng)軸9上的支撐軸承10溫度監(jiān)控沒有發(fā)現(xiàn)異常。軸承溫升20度后比較穩(wěn)定。曲軸軸承6和連桿銅瓦溫度都沒有超過(guò)60度，未發(fā)現(xiàn)異常。

大齒輪停車檢查

手動(dòng)盤車傳動(dòng)軸皮帶輪感覺很輕，不沉重。盤車離合器大齒輪也很輕，說(shuō)明軸承滾珠沒有咬死現(xiàn)象發(fā)生。測(cè)試電機(jī)斷開電源后，大齒輪由正常運(yùn)轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)速為0時(shí)時(shí)間太短，有時(shí)候不到1分鐘就立刻停止轉(zhuǎn)動(dòng)。很明顯傳動(dòng)系工作異常，繼續(xù)拆檢護(hù)罩，發(fā)現(xiàn)有如下問題點(diǎn)：

⑴小齒輪外側(cè)有4個(gè)齒破裂，大齒輪與小齒輪的同側(cè)部位已經(jīng)有裂紋出現(xiàn)。如圖2所示。

圖2 齒輪裂紋圖

⑵手動(dòng)盤車大齒輪可以發(fā)現(xiàn)大齒輪孔跟軸承外圈存在相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

⑶傳動(dòng)軸靠近齒輪側(cè)的軸承內(nèi)孔磨損比較嚴(yán)重，最大間隙達(dá)到1.2mm。且兩處軸承內(nèi)孔都是靠近齒輪方向的磨損量大于另一側(cè)，比較明顯。

原因分析：傳動(dòng)軸軸承的內(nèi)孔同軸長(zhǎng)時(shí)間使用后，出現(xiàn)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致軸徑磨損加劇，軸徑磨損圖如圖3所示。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，小齒輪的跳動(dòng)較大，導(dǎo)致大齒輪和小齒輪嚙合時(shí)產(chǎn)生偏載，將小齒輪外側(cè)的齒擠斷。大齒輪出現(xiàn)裂紋，裂紋出現(xiàn)在齒根部，沿齒寬方向長(zhǎng)度70～80mm，齒根方向深度20mm左右。

圖3 軸徑磨損圖

處理方法

⑴小齒輪已經(jīng)沒有修復(fù)價(jià)值，準(zhǔn)備新件。

⑵傳動(dòng)軸軸承全部換新。

⑶大齒輪由于齒面較寬，裂紋出現(xiàn)在一側(cè)，齒數(shù)為142，發(fā)生裂紋的數(shù)量大于等于100個(gè)，裂紋集中出現(xiàn)在齒根部位，其中出現(xiàn)裂紋沿齒寬方向長(zhǎng)度70～80mm，齒根方向深度20mm左右的齒數(shù)量大于50個(gè)，有向齒頂方向發(fā)展的趨勢(shì)。由于齒面寬360mm，裂紋發(fā)生在一端齒根部位，其長(zhǎng)度為80mm，焊接修復(fù)價(jià)值較大，可采用焊接處理。

采樣大齒輪對(duì)材料進(jìn)行化驗(yàn)，確定材料為30CrMo，其化學(xué)成分如表1所示。

修復(fù)工藝如下：

1）磁粉探傷檢查裂紋，確定裂紋位置。并用碳弧氣刨打開，直到裂紋消失為止，清渣處理。

2）選用CHE858焊條，焊前焊條需350～400℃烘焙一小時(shí)，隨烘隨用。

3）焊前大齒輪整體預(yù)熱200℃左右，焊接時(shí)，每層焊完，用電鏟對(duì)焊接部位敲擊，去除應(yīng)力。焊后整體放入地坑爐中500℃保溫6小時(shí)，消除應(yīng)力。

4）修復(fù)完畢后，對(duì)焊接部位進(jìn)行探傷。

5）檢查齒輪變形情況，用齒形樣板進(jìn)行檢查，并對(duì)變形部位進(jìn)行打磨。

表1 大齒輪材料化學(xué)成分（%）

⑷大齒輪修復(fù)后，根據(jù)機(jī)加工后的孔尺寸配非標(biāo)軸承。

⑸傳動(dòng)軸的修復(fù)。一般的軸、軸承支撐部位磨損，可采用幾種方案進(jìn)行處理：1）將磨損部位尺寸加工掉后，配非標(biāo)軸承。2）在磨損的部位，采用過(guò)盈配合鑲套處理，配標(biāo)準(zhǔn)軸承。3）修復(fù)磨損部位到正常尺寸，配標(biāo)準(zhǔn)軸承。根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本次修復(fù)采用第3種修復(fù)方案。刷鍍，焊接等手段都可以對(duì)磨損部位進(jìn)行修復(fù)。但是焊接修復(fù)后，有以下問題：①軸的變形量無(wú)法控制。②容易在臺(tái)階部位產(chǎn)生應(yīng)力，長(zhǎng)時(shí)間使用后有疲勞斷裂風(fēng)險(xiǎn)。圖4是我們的4000t傳動(dòng)軸進(jìn)行焊接修復(fù)后，使用時(shí)間1年在臺(tái)階部位發(fā)生斷裂圖。根據(jù)以上情況，本次維修優(yōu)先選用刷鍍或冷焊的修復(fù)方案。

圖4 臺(tái)階部位斷裂圖

刷鍍和冷焊進(jìn)行比較，刷鍍工藝步驟：⑴機(jī)械預(yù)處理，目的是對(duì)長(zhǎng)期使用后磨損的部位進(jìn)行處理，包括去除掉剝落層、高點(diǎn)、銹蝕等。盡量使磨損部位平整，這樣刷鍍時(shí)不會(huì)出現(xiàn)凹點(diǎn)刷鍍不上的情況，優(yōu)先使用機(jī)床進(jìn)行加工處理，其次是電動(dòng)工具。⑵零件表面電化學(xué)處理，目的是去除零件表面的油污和氧化物。⑶刷過(guò)渡層，目的是改善軸同工作鍍層的結(jié)合強(qiáng)度和穩(wěn)定性，可刷紅銅打底。⑷刷工作層，工作層位于打底層之上，通常和打底層交替進(jìn)行。⑸進(jìn)行機(jī)加工磨到實(shí)際尺寸，刷鍍后不能用車刀對(duì)刷鍍部位進(jìn)行機(jī)加工，可能會(huì)使刷鍍的區(qū)域成片脫落。

冷焊工藝步驟：⑴機(jī)械預(yù)處理。⑵零件表面清理。⑶焊接，根據(jù)磨損部位大小，裁好焊材的尺寸，用焊筆進(jìn)行表面焊接，焊筆一般在焊材上滾動(dòng)。⑷進(jìn)行機(jī)加工，對(duì)焊接部位進(jìn)行車削或磨削。由于軸的磨損量較大，個(gè)別部位磨損量大于1mm，且本廠的車床不帶磨頭，最終采用冷焊修復(fù)方案（圖5）。

圖5 冷焊修復(fù)方案

安裝調(diào)試

⑴ 軸承熱裝溫度不超過(guò)100℃，采用油浴加熱，溫度均勻。

⑵ 軸承10安裝就位后，調(diào)試傳動(dòng)軸9，檢查轉(zhuǎn)動(dòng)是否輕松，如果較費(fèi)勁，檢查端蓋是否安裝合適到位。

⑶大齒輪安裝完畢后檢查大小齒輪的嚙合情況，將紅丹粉涂在接觸面，手動(dòng)盤車，進(jìn)行檢查。

⑷電機(jī)啟動(dòng)時(shí)首先采用慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行跑合。再采用快速轉(zhuǎn)動(dòng)跑合。最初電流最大值偶爾超過(guò)120A，經(jīng)過(guò)跑合穩(wěn)定后，變頻器頻率50Hz時(shí)，電流可控制在85A左右。經(jīng)過(guò)幾天跑合后電機(jī)關(guān)閉時(shí)，大齒輪自由轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間最大可達(dá)到5分鐘以上。

⑸設(shè)備點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行后，再自動(dòng)運(yùn)行。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，變頻器頻率50Hz，滑塊向下運(yùn)動(dòng)到下死點(diǎn)時(shí)，電流由550A左右降到100A左右；滑塊運(yùn)動(dòng)到上死點(diǎn)時(shí)，電流又升到500A左右，且鍛件打到終鍛時(shí)，感覺有對(duì)擊的聲音。變頻器偶爾過(guò)載跳閘，瞬時(shí)電流達(dá)到730A，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)平衡缸的氣壓表指針在4bar左右不停的晃動(dòng)，左右擺幅在1bar以上，檢查發(fā)現(xiàn)平衡缸上的安全閥松動(dòng)，存在漏氣現(xiàn)象，緊固后壓力穩(wěn)定不晃動(dòng)。測(cè)試壓力機(jī)工作時(shí)電流由450A降到85A左右，沒出現(xiàn)滑塊上升時(shí)電流上升現(xiàn)象。

結(jié)束語(yǔ)

熱模鍛壓力機(jī)傳動(dòng)系比較簡(jiǎn)單，但是壓力機(jī)部件具有大、重、拆卸不便等特點(diǎn)，決定了壓力機(jī)傳動(dòng)系故障的判斷方法和維修方案必須準(zhǔn)確可靠，本文給出了壓力機(jī)傳動(dòng)系故障的判斷方法和修復(fù)方案，希望可以給同行一些參考。

張平平，鍛造車間技術(shù)員，工程師。主要從事設(shè)備的管理，維修保養(yǎng)及設(shè)備TPM推進(jìn)工作。參與完成俄羅斯2500t自動(dòng)生產(chǎn)線，德國(guó)米勒·萬(wàn)家頓3500t自動(dòng)生產(chǎn)線項(xiàng)目建設(shè)和維護(hù)。其中3500t生產(chǎn)線改善分別獲得公司級(jí)二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)各一次。