油液监测技术的应用-----AOD转炉倾动大齿轮的故障诊断

 

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油液监测技术

  油液监测技术就是通过对设备在用润滑油的理化性能指标、磨损金属和污染杂质颗粒的定期跟踪监测，及时了解掌握设备的润滑和磨损状态信息，诊断设备磨损故障的类型、部位和原因，为设备维修提供科学依据，指导企业进行设备的状态维修和润滑管理，从而预防设备重大事故发生的发生，降低维护费用。

AOD转炉倾动大齿轮

  AOD转炉倾动装置是典型的大型低速重载回转设备，属于炼钢厂不锈钢生产线的关键设备，其倾动大齿轮的设计寿命为10 年左右，倘若其发生故障，将直接影响到不锈钢产量并给工厂造成重大的经济损失。正是因为其重要性，所以采用油液监测技术来监测齿轮的磨损状态，下面来具体了解一下如何进行监测及其方法。

AOD转炉倾动大齿轮技术参数及监测方法

 AOD倾动机械装置采用全悬挂二点啮合扭力杆平衡方式，其技术参数如下：

  1、倾动力矩： 2×106 N·m；

  2、大齿轮转速： 0.15 ～1.5 r/min；

  3、直齿圆柱齿轮模数 m = 20， 齿数Z1 / Z2 = 20 /132，齿宽b= 480 mm，分度圆直径d1 / d2 = 400 /2640；

  4、小齿轮材质：17CrN iMo6，渗碳淬火磨齿，齿廓和齿向修形，齿面粗糙度 Ra 0.8μm ，齿面硬度 HRC 57～61；

  5、大齿轮材质: 30C rN iMo8V，调质σb = 1200 ～ 1350 N /mm2 ，磨齿和齿廓修形，齿面粗糙度 R 0.8μm ，齿面硬度 HB360 ～400；

  6、润滑油黏度等级为ISO460，牌号为 BMP460。

监测仪器

  本设备所用的监测及分析装置主要有: SPECTRO M 型油料光谱仪（Spectroil Co.）；双联分析式铁谱仪（Standard Oil Co.）；RPD 旋转式铁谱仪（Predict Technologies Co.）；BX60 铁谱显微镜（Olymp us）等。

  1、光谱分析结果

  通过3月16 日和 3月28日分别对该设备实施了2次取样分析，测试数据见表1。由于取样时停机时间略有不同，因此数据略有差别。从光谱分析可以发现润滑油中钼和铁元素含量很高，其中钼元素来源于润滑油添加剂，而铁元素来源于齿轮副的磨损。

    2、铁谱分析结果

  对2种油样进行铁谱分析显示润滑油中存在众多大尺寸的钢质磨粒，其种类有片状磨粒、严重滑动磨粒、切削状磨粒和块状磨粒。其中片状磨粒（见图1）和严重滑动磨粒（见图2）的大尺寸均在200μm以上；而切削状磨粒（见图3）则比较粗大，其大长轴尺寸也在200μm以上；块状磨粒的尺寸也达到了150μm×120μm（见图4）。这些大尺寸钢质磨粒的存在，显示出齿轮副存在异常磨损，齿面出现了点蚀现象，为此建议设备点检方尽早打开箱盖全面检查齿面状态。

 

齿面检查结果

  利用生产的间隙时间，对齿轮箱进行了开盖检查，检查结果如图5所示。从大齿轮各齿面状态来看，其轮齿节线上下齿面的材料有不同程度的磨损损失，离节线越远，磨损量越大，而节线处的材料几乎没有损失，所以在节线处可以看到一条连续的凸起线。从齿面损伤形式来看，大齿轮应属于中等磨损，但各齿面节线附近已经出现一定数量的点蚀坑，说明磨损程度已经趋于严重。而与之配对的小齿轮由于是硬齿面，其磨损程度相对较好。

故障原因分析

  为什么设计寿命达 10年之久的齿轮，在短短2年之内就出现了如此严重的异常磨损呢? 由于该转炉倾动装置属于典型低速重载设备，在启动、制动时的速度很低（大齿轮转速仅为0.15～1.5 r/min），油膜的形成比较困难，因此重载齿轮副基本处于边界润滑状态。在这种条件下，要求所选用的润滑剂必须具有优良的极压抗磨性能，否则会导致两摩擦表面的直接接触，从而使得齿轮表面出现异常磨损甚至胶合现象。

  极压抗磨剂能够在金属表面承受负荷的条件下，起防止金属表面的磨损、擦伤甚至烧结的作用。其作用机制大体如下：当摩擦面接触压力高时，两金属表面的凸凹点互相啮合，产生局部高压和高温，此时若润滑油中含有活性硫、磷等类型化合物的极压抗磨剂时，将与金属表面发生摩擦化学反应，生成剪切强度低的硫化物、磷化物类无机保护膜，从而将两摩擦表面隔开，达到防止金属的磨损和烧结的目的。因此 ,低速重载齿轮副所选用的润滑剂必须具有良好的极压抗磨能力，目前该设备所用 BMB460润滑油的极压抗磨性能如何尚待进一步考察。

  如果润滑剂的润滑效果不佳或出现污染杂质（比如大尺寸的金属磨粒或其他硬质颗粒），就会在比较短的时间内出现中等程度的磨损损伤。通常齿轮副的中等磨损是在半年至一年时间内出现的，但由于转炉倾动装置的运转率很低，也就是说齿轮副的累积工作时间并不算很长，故在不到二年的时间内出现了中等磨损同样属于此类故障。

检修与维护建议

  从目前倾动装置大齿轮齿面的磨损状况来看，如不及时采取有效措施，将会导致齿轮过度磨损，工作齿面材料将被大量磨掉，齿厚减薄齿顶变尖，渐开线齿廓形状将被破坏，后出现严重的噪声和振动，甚至发生弯曲疲劳断齿，并且还会波及到硬齿面的小齿轮，终使得小齿轮也发生损伤。因此提出如下建议：
  （1）加强现场点检的日常巡检工作，确保齿轮齿面均匀的喷油量，确保摩擦副得到良好的润滑。
  （2）及时更换润滑油或加强过滤，以减少因大尺寸磨粒（磨料）的存在而导致对齿面的进一步损伤 。
  （3）缩短取样分析周期，跟踪齿轮的磨损发展趋势。
  （4）对润滑油的极压抗磨性能等指标进行考察 ,使用极压抗磨性能更好的润滑剂（必要时还可以考虑适当提高其黏度等级），以改善齿轮副的润滑效果，尽量延长齿轮的使用寿命 。
   （5）在定修时对大齿轮齿面进行无损探伤检测 ,检查齿轮的磨损严重程度。