论文部分内容阅读
摘 要：某港煤五期采用了SL10装船机，这种装船机的主要结构为门架移动伸缩式，能够装载定额8000t的煤炭，最高时可以达到8940t，在当前应用的过程中可以说是世界上装载能力最强的一种煤炭装船机。其主要应用了悬臂俯仰的方式，并且用钢丝绳卷扬，包含了众多的零部件，例如减速机、钢丝绳卷筒以及驱动电机等，在装船机悬臂俯仰运动的过程中，经常会出现异常振动的现象，这一现象的出现就会引起整机共鸣的情形，所以会对重要焊缝带来十分严重的影响，造成疲劳损伤现象的发生。所以整个司机室也会出现不断的晃动，在这样恶劣的工作环境下，也会严重影响到生产的安全性。
关键词：装船机；俯仰振动；故障；处理
造成装船机出现振动的原因有很多，并且涉及到不同的部件，因为振动产生的故障是不相同的，在这种情况下，要想对其进行有效的处理，就必须要一定的时间掌握故障产生的原因，有针对性的进行解决，这样才能保证装船机更加安全进行生产。以本文中所提到的装船机为例，先将装船机的悬臂俯仰驱动系统划分为劣化设备，并且采取必要的管理措施，首先是要将悬臂俯仰的速度降下来，并且对单位装载量加以一定的限制，这样的作用是减小在振动过程中的冲击能量。其次是要制定出一个合理的润滑方案，这样可以确保运动副润滑具有良好的状态。再次是要经常进行检查，将检查质量水平提高到更高的层次上，对故障产生的原因进行研究。通过上述的管理以外，还应该及时的对故障加以诊断。
1 故障诊断
1.1 振动的时域和频域分析
在对故障进行诊断的过程中，应该先对振动数据加以进一步的分析，这样可以对故障部件加以初步的断定，在常见的故障部件中，主要有驱动减速箱、钢丝绳卷筒支撑轴承等，但是这并不能从根本上将故障的根源找出来，所以应该在振动测量数据的基础上进行时域以及频域的分析工作，从而可以得到一个有关振动频谱的分析图像。在这个图像中可以清楚的得到以下几点观点。一是在卷筒轴承座的水平方向上以及齿轮轴承座的垂直位置上存在较大幅度的振动，所以造成振动的主要原因可以推断是齿轮啮合。二是因为振幅的波动是比较明显的，所以这可以证明在齿轮啮合的过程中存在时松时紧的现象，具有分布性缺陷以及磨损的情况。三是在出现故障性振动的过程中，其频率为13.84Hz。
1.2 齿轮副啮合频率计算
在对装船机的悬臂俯仰驱动齿轮理论下的啮合频率进行计算的过程中，主要采用的计算公式如下：
f=z
在这个计算公式中，z代表的是驱动齿轮的齿数，w代表的是驱动电机的转速，i代表的是减速箱减速比，在这一公式中，如果z=16，w=950r/min，i=18，那么就可以将f计算出来，也就是啮合频率，结果是14.07Hz，故障特性频率的结果是13.84Hz，这两者之间实际上是十分接近的，并且与时域还有频域分析的结果相互结合在一起，这样就可以得出结果，造成振动故障的主要根源在于俯仰驱动齿轮副啮合产生的不良影响。
1.3 齿轮损坏情况
在进行检测以及计算的基础上可以得到相应的结果，并且也对齿轮的厚度变化还有齿面的硬度等情况进行了进一步的检测，结果表明，齿厚减小量为5.2mm，齿面硬度为42.6HRC，齿侧隙为4.9mm，齿顶隙为6.2mm，这一齿轮与中心之间的距离为1649.8mm，并且模数为20mm，所以根据过往的经验进行分析，，其啮合侧隙最大为2.5mm。并且根据相关规定的要求，应该对线速予以一定的控制，不能高于10m/s，本齿圈中失效的极限齿厚应该减小3mm才能满足要求。并且在对其进行检查的过程中还发现了齿面出现变形的情形，有些已经剥落损伤了，所以可以得出该装船机俯仰驱动齿轮副损坏严重，已达到失效的标准的结论。
2 故障的消除
2.1 齿轮损坏分析
依据国标《GB/T3480-1997渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法》对齿根弯曲强度和齿圈齿面接触强度进行计算，可知原设计中齿圈齿根弯曲强度的安全系数为1.8，可以满足使用要求，但接触强度的安全系数仅为1.1。考虑到装船机俯仰机构重载、较频繁正反启停的工况，安全系数偏小。另外，齿圈齿面实际硬度已经由设计要求的50～60HRC降低到42.6HRC。由于硬度不足，齿面更容易产生异常磨损和塑性变形，从而导致齿轮副啮合侧隙不断增大，而侧隙增大会进一步增加齿轮啮合过程的冲击，加速齿轮的损坏。
2.2 齿轮优化设计
以提高齿轮副接触强度和弯曲强度为目标，采用Solidworks Simulation和Adams View分别对该齿轮副进行了静力学和动力学参数优化设计。（见图1、图2）根据优化设计，对齿数、变位系数进行了如下修改：
（1）将齿圈齿数由148减少到147。
（2）对齿轮副齿形采用正角变位设计，增大齿轮啮合角。
通过优化，齿圈接触强度的安全系数提高到1.8，齿根弯曲强度安全系数提高到2.1。另外，考虑到原齿圈在齿面接触强度和硬度方面的不足，在新齿轮副设计和加工过程中，对材质、机械性能、热处理、齿面质量方面提出了明确要求。
2.3 齿轮更换及维修效果
针对齿轮副更换中存在的“作业面高度大（27.5m）、工作空间狭小”这一技术难题，采用“岸外支吊、机房开顶、卷筒同步顶升、齿圈整体更换”的维修工艺，获得了成功。在完成更换后，对新齿轮副的啮合侧隙和齿面硬度进行了检测。检测结果见表1。对于齿轮副的运行振动情况，通过第三方检测机构进行了专业的振动检测。检测结果与更换前的振动情况的对比见表2。检测结果表明，SL10装船机异常振动完全消除。
结束语
总而言之，在装船机出现故障以后，应该及时做好相应的故障排查工作，并且在此基础上加强对故障的维修，保证可以装船机可以更加安全的进行工作，为工作人员的生命安全保驾护航。
参考文献
[1]袁永华.10年来港口码头建设发展综述[J].水运工程，2007（3）：1-5.
[2]杨建刚.旋转机械振动分析与工程应用[M].北京：中国电力出版社，2007：36-57.
[3]J.D.史密斯，吳佩江，潘家强，译.齿轮振动与噪声[M].北京：中国计量出版社，1989：87-99.
[4]肖圣春，刘丹.齿轮损坏原因图解分析[J].农业机械，2007（9）：91-93.
关键词：装船机；俯仰振动；故障；处理
造成装船机出现振动的原因有很多，并且涉及到不同的部件，因为振动产生的故障是不相同的，在这种情况下，要想对其进行有效的处理，就必须要一定的时间掌握故障产生的原因，有针对性的进行解决，这样才能保证装船机更加安全进行生产。以本文中所提到的装船机为例，先将装船机的悬臂俯仰驱动系统划分为劣化设备，并且采取必要的管理措施，首先是要将悬臂俯仰的速度降下来，并且对单位装载量加以一定的限制，这样的作用是减小在振动过程中的冲击能量。其次是要制定出一个合理的润滑方案，这样可以确保运动副润滑具有良好的状态。再次是要经常进行检查，将检查质量水平提高到更高的层次上，对故障产生的原因进行研究。通过上述的管理以外，还应该及时的对故障加以诊断。
1 故障诊断
1.1 振动的时域和频域分析
在对故障进行诊断的过程中，应该先对振动数据加以进一步的分析，这样可以对故障部件加以初步的断定，在常见的故障部件中，主要有驱动减速箱、钢丝绳卷筒支撑轴承等，但是这并不能从根本上将故障的根源找出来，所以应该在振动测量数据的基础上进行时域以及频域的分析工作，从而可以得到一个有关振动频谱的分析图像。在这个图像中可以清楚的得到以下几点观点。一是在卷筒轴承座的水平方向上以及齿轮轴承座的垂直位置上存在较大幅度的振动，所以造成振动的主要原因可以推断是齿轮啮合。二是因为振幅的波动是比较明显的，所以这可以证明在齿轮啮合的过程中存在时松时紧的现象，具有分布性缺陷以及磨损的情况。三是在出现故障性振动的过程中，其频率为13.84Hz。
1.2 齿轮副啮合频率计算
在对装船机的悬臂俯仰驱动齿轮理论下的啮合频率进行计算的过程中，主要采用的计算公式如下：
f=z
在这个计算公式中，z代表的是驱动齿轮的齿数，w代表的是驱动电机的转速，i代表的是减速箱减速比，在这一公式中，如果z=16，w=950r/min，i=18，那么就可以将f计算出来，也就是啮合频率，结果是14.07Hz，故障特性频率的结果是13.84Hz，这两者之间实际上是十分接近的，并且与时域还有频域分析的结果相互结合在一起，这样就可以得出结果，造成振动故障的主要根源在于俯仰驱动齿轮副啮合产生的不良影响。
1.3 齿轮损坏情况
在进行检测以及计算的基础上可以得到相应的结果，并且也对齿轮的厚度变化还有齿面的硬度等情况进行了进一步的检测，结果表明，齿厚减小量为5.2mm，齿面硬度为42.6HRC，齿侧隙为4.9mm，齿顶隙为6.2mm，这一齿轮与中心之间的距离为1649.8mm，并且模数为20mm，所以根据过往的经验进行分析，，其啮合侧隙最大为2.5mm。并且根据相关规定的要求，应该对线速予以一定的控制，不能高于10m/s，本齿圈中失效的极限齿厚应该减小3mm才能满足要求。并且在对其进行检查的过程中还发现了齿面出现变形的情形，有些已经剥落损伤了，所以可以得出该装船机俯仰驱动齿轮副损坏严重，已达到失效的标准的结论。
2 故障的消除
2.1 齿轮损坏分析
依据国标《GB/T3480-1997渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法》对齿根弯曲强度和齿圈齿面接触强度进行计算，可知原设计中齿圈齿根弯曲强度的安全系数为1.8，可以满足使用要求，但接触强度的安全系数仅为1.1。考虑到装船机俯仰机构重载、较频繁正反启停的工况，安全系数偏小。另外，齿圈齿面实际硬度已经由设计要求的50～60HRC降低到42.6HRC。由于硬度不足，齿面更容易产生异常磨损和塑性变形，从而导致齿轮副啮合侧隙不断增大，而侧隙增大会进一步增加齿轮啮合过程的冲击，加速齿轮的损坏。
2.2 齿轮优化设计
以提高齿轮副接触强度和弯曲强度为目标，采用Solidworks Simulation和Adams View分别对该齿轮副进行了静力学和动力学参数优化设计。（见图1、图2）根据优化设计，对齿数、变位系数进行了如下修改：
（1）将齿圈齿数由148减少到147。
（2）对齿轮副齿形采用正角变位设计，增大齿轮啮合角。
通过优化，齿圈接触强度的安全系数提高到1.8，齿根弯曲强度安全系数提高到2.1。另外，考虑到原齿圈在齿面接触强度和硬度方面的不足，在新齿轮副设计和加工过程中，对材质、机械性能、热处理、齿面质量方面提出了明确要求。
2.3 齿轮更换及维修效果
针对齿轮副更换中存在的“作业面高度大（27.5m）、工作空间狭小”这一技术难题，采用“岸外支吊、机房开顶、卷筒同步顶升、齿圈整体更换”的维修工艺，获得了成功。在完成更换后，对新齿轮副的啮合侧隙和齿面硬度进行了检测。检测结果见表1。对于齿轮副的运行振动情况，通过第三方检测机构进行了专业的振动检测。检测结果与更换前的振动情况的对比见表2。检测结果表明，SL10装船机异常振动完全消除。
结束语
总而言之，在装船机出现故障以后，应该及时做好相应的故障排查工作，并且在此基础上加强对故障的维修，保证可以装船机可以更加安全的进行工作，为工作人员的生命安全保驾护航。
参考文献
[1]袁永华.10年来港口码头建设发展综述[J].水运工程，2007（3）：1-5.
[2]杨建刚.旋转机械振动分析与工程应用[M].北京：中国电力出版社，2007：36-57.
[3]J.D.史密斯，吳佩江，潘家强，译.齿轮振动与噪声[M].北京：中国计量出版社，1989：87-99.
[4]肖圣春，刘丹.齿轮损坏原因图解分析[J].农业机械，2007（9）：91-93.