高线减定径轧机齿轮箱事故机理分析

高线减定径轧机齿轮箱事故机理分析

张明剑曹文俊

广东韶钢松山股份有限公司广东韶关512123

一、事故概述

2018年11月4日某钢铁厂高线生产工序19：15TMB2堆钢，处理过程中查找堆钢原因，发现TMB2增速箱高速输出轴轴承保持架断裂，决定甩机架在线更换轴承，但在后续检修过程中发现换挡机构B档换挡轴轴承卡死，不得不将该齿箱下线解体检修。

二、齿箱拆检情况

本次事故共造成三套轴承损坏、一对换挡花键轴与花键套磨损、四个齿轮齿面不同程度损伤。

（一）齿箱2#输出轴（30#轧机锥箱驱动轴）两端各损坏一个轴承（型号：TIMKEN81630/819620）：均为保持架断裂，轴承内外套圈、滚动体完好，金属表面呈现正常的金属色泽。

（二）B换挡机构B2齿轮一端轴承（型号：TIMKEN：EE291250）：保持架断裂；多数滚动体严重磨损、变形；轴承内圈及滚动体变黑，外圈颜色正常；轴承内圈断裂。

（三）B换挡机构花键齿崩掉一块，花键套齿有多处崩掉小块，花键套齿磨损严重。

（四）共有两组齿轮副齿面损伤。

1.B1档齿轮与1#输出轴齿轮（相互啮合）齿面压痕，其中B1档齿轮齿面上粘着有断裂的保持架碎片（经比对为B2档齿轮支撑轴承）。

2.2#输出轴齿轮与同其啮合的齿轮齿面压痕，其中2#输出轴齿三个齿面存在缺口（经比对为齿箱2#输出轴支撑轴承）。

三、事故机理分析

（一）换挡轴B1档齿轮支撑轴承损坏原因

1.换挡花键轴套齿轮磨损严重，磨粒堆积在两个背靠背安装的轴承之间的隔环内（隔环与箱体一体，两个轴承之间的轴向间隙4cm），当堆积的金属磨粒超过轴承外圈厚度后，随着轴承的运转被带入轴承内部，加速轴承磨损。

2.崩掉的花键齿碎片落入了该间隙处，侵入轴承内部，造成轴承卡组，保持架断裂，滚动体打横，轴承出现灾难性破坏。轴承温度急剧上升，轴承受高温变黑，内圈爆裂。断裂的轴承保持架飞出，掉入换挡轴B2档齿轮（此时该齿轮处于空转状态）与1#输出轴啮合的齿轮系中，造成齿面压痕。

（二）TMB2齿轮箱2#输出轴（驱动30#锥箱）轴承损坏原因。

1.该轴两端共装配有四个圆锥滚子轴承，每端各两个，面对面安装。此次损坏的两个为均为靠轴端内侧，保持架断裂，外圈、内圈及滚动体完好，滚动体排列正常，因此这两个轴承保持架损坏的时间不长。

从断裂的保持架形貌分析，保持架兜孔边缘明显有撞击痕迹，部分边缘已出现卷边现象，保持架受冲击比较严重。

经压痕与保持架碎片尺寸比对，断裂的保持架落到2#输出轴齿轮与同其啮合的齿轮副上，导致了该对齿轮副齿面不同程度的损伤。

2.查该齿箱运行记录发现2018年8月20日因生产操作工更换导卫时未按标准安装导卫，导致导卫尖嘴安装太近30#轧辊卡阻轧辊引起轧机跳闸，30#锥箱侧输入联轴器扭矩达到98.78KN•m。（而联轴器的要求扭矩正常不超过38.3KN•m，扭矩峰值不超过57.3KN•m），24日停机检查时发现联轴器（锥形过盈配合）松脱，再次证明20日的跳闸事故给TMB2齿轮箱巨大的冲击。

3.高线高速轧机高速、重载、变载的工艺特点也决定了正常生产时齿箱必定受到较大冲击。这也是该类轧机轴承的使用寿命偏短的主要原因之一。（轴承设计寿命为4年，但实际使用寿命一般为2年左右）

4.B1档换挡轴花键齿与花键套严重磨损，配合间隙偏大，引起整个齿箱振动偏大，轴承收到的冲击也势必比正常情况下偏大。

（三）结论

1.换挡轴B1档齿轮支撑轴承损坏的原因是换挡花键轴与花键套齿异常严重，崩掉的碎片侵入到了运转中的轴承内部导致轴承致命损坏，是该处轴承损坏的直接原因。

2.TMB2齿轮箱2#输出轴（驱动30#锥箱）2个轴承损坏的原因是受到异常冲击所致。

四、设备维修、维护建议

（一）加强设备日常管理，防止辊箱大量进水。

1.在拆检换挡机构的过程中发现从花键轴齿间流出的残留润滑油比较脏，颜色已变深，说明润滑油含水率高。这与前期油箱进水较多有很大关系，因此必须要从源头上预防进水，尤其是辊箱双唇密封处进水。

2.查近几次精轧区润滑油品检测报告，显示均为水分严重超标。

（二）加强精轧区备用油箱油品储备

高线精轧区设置有两个油箱，一用一备，正常情况下两个油箱需轮换使用，以便备用油箱有足够时间沉淀、分离水分。近一年来，高线精轧区备用油箱油量储备一直不够，导致绝大多数情况下只有一个油箱可用，水进入油箱后得不到足够时间的沉淀分离，含水较高的润滑油循环进入轧机齿箱，导致润滑不良，零部件已出现绣蚀情况。另外只有一个油箱可用存在较大风险，一旦在用油箱出现问题，将面临停产。

（三）必须保证关键设备备件储备。

TMB轧机齿轮箱结构复杂，设备零部件种类繁多，设备解体后，可能因为备件储备不足或是其它原因，一些拆下的存在缺陷的零部件没有经过认真评估重新上线使用导致整机装配精度变差，更甚者会加速其它零部件的损坏，从而影响整机设备使用寿命。本次事故中换挡轴B档花键套为多次重复使用的部件，前期已发现存在磨损缺陷，但因无备件而重新上线使用，加上润滑油进水，花键套与花键轴异常磨损，导致了轴承灾难性损坏。要保证整机的装配精度与性能，必须先要保证每个零部件的完好，尤其是对于类似高线的减定径轧机这样的精密设备。