一种保护大齿轮齿面的新方法

     作者：郑晓蒙

    210 t转炉倾动二次箱大齿轮齿面胶合原因分析及改进措施内容简介.

    1  倾动减速机设计原理分析

    迁钢公司炼钢作业部转炉倾动装置基本参数见表l。

    全悬挂扭力杆平衡型式以及4点啮合柔性驱动的倾动装置是目前最通用、技术最成熟的转炉倾动机构。对于低速、重载减速机，设计上通常采用斜齿传动。迁钢公司炼钢作业部5座转炉倾动装置的一次减速机均采用斜齿传动方式。对于二次减速机，1，2号转炉倾动采用斜齿传动，可以提高纵向重合度，传动平稳，但存在一定轴向力；3—5号转炉倾动采用直齿传动，没有轴向力。

    在齿轮材料选择方面，对于承载高和冲击力大的齿轮传动，一般选用渗碳淬火钢。迁钢公司炼钢作业部5座转炉倾动装置的一次减速机所有齿轮以及二次减速机的小齿轮均采用渗碳淬火处理，齿轮的心部具有较好的韧性，表面经硬化后产生残余压应力，具有较强的抗点蚀和耐磨损性能。3～5号转炉倾动大齿轮采用优质调质钢，适用于中低速齿轮传动，制造成本低，强度和韧性较好，齿面硬度低，易于齿轮跑合，但不能充分发挥材料的承载能力；1，2号转炉倾动大齿轮采用优质调质钢表面淬火处理，制造成本高，齿轮的心部具有较好的韧性，表面经硬化后产生残余压应力，具有较强的抗点蚀和耐磨损性能，提高了承载能力。

    在正常工作倾动力矩、额定工作倾动力矩和事故工作倾动力矩情况下，以及按照电机额定功率和转速，校算倾动装置传动系统的接触强度安全系数和弯曲强度安全系数。在未进行任何修正的情况下，通过对倾动四级传动进行计算校验，从校算数据可以看出，在正常工作情况下，按照额定工作倾动力矩、电机额定功率及转速校算倾动装置传动系统，其接触强度安全系数和弯曲强度安全系数均符合要求。在事故工作倾动力矩情况下，倾动装置传动系统的弯曲强度安全系数符合要求，接触强度安全系数偏低，但对其进行适当修正后也能符合要求。总体上，5座转炉倾动装置设计校算合格。

    需要说明的是，采用斜齿传动和硬齿面接触的四级传动，无论是在工作状态下、额定状态下，还是事故状态下，其接触强度安全系数和弯曲强度安全系数都符合要求，并要高于直齿、中硬齿面的四级传动的安全系数。在低速、重载的转炉倾动传动中，采用硬齿面斜齿传动应为优选方案。

    2转炉倾动减速机实际使用状况及现场检测分析

    为进一步分析转炉倾动二次箱大齿轮齿面胶合的原因，对5座转炉的炼钢过程，包括出钢前启动、倾动至出钢位置、出钢前制动、出钢过程中点动、出钢后启动和回转复位等过程，筛选出部分实际运行数据。筛选数据过程中尽可能涵盖出钢的各个过程，并选取临近点附近电机功率较大的运行数据作为代表，根据筛选出的运行数据及转炉在实际运行过程中的电机电压、电流和转速分别计算出5座转炉在实际运行时的电机功率以及倾动装置传动系统的实际工作力矩，并以此来校算倾动装置传动系统的接触强度安全系数和弯曲强度安全系数。由实际运行数据和校算结果分析可知，转炉在出钢、出渣和兑废钢等正常倾动过程时，电机功率和实际工作力矩均处于正常范围，5座转炉的倾动装置传动系统的接触强度安全系数和弯曲强度安全系数均较高，传动校算合格，转炉倾动装置传动系统工作正常。

    1，2号转炉在出钢过程中的18个实际运行状态中仅5个运行状态校算后安全系数偏低，在电机功率、实际工作力矩适当超出额定要求时，倾动装置传动系统仍然校算合格。但3—5号转炉在出钢过程中的20个实际工作状态中仅4个运行状态安全系数校算合格，其余16个运行状态的安全系数偏低。由此可见，1，2号转炉倾动装置的承载能力较强，比3—5号转炉倾动装置更能满足实际工况需求。

    3大齿轮齿面胶合原因分析

    通过对5座转炉倾动装置的设计对比和校算分析、实际工况使用情况下的校算分析以及实际检测结果的校算分析，可将大齿轮齿面胶合原因归纳为以下4个方面：

    1)相对于直齿、中硬齿面传动而言，斜齿、硬齿面传动的承载能力强，接触强度安全系数和弯曲强度安全系数高，更能满足低速、重载的转炉倾动装置实际工况需求。

    2)倾动装置传动系统的实际制造精度，包括齿部精度和热处理工艺满足性能的精度，对倾动装置的承载能力和满足实际工况需求的能力影响较大。

    3)实际工况下的快速启动、快速制动和点动以及电机功率和转速的急剧变化均会形成较大的实际工作力矩，同时造成对倾动装置传动系统的冲击，对倾动装置的承载能力提出了更高要求。

    4)基于倾动装置传动系统的中硬齿面，再加上实际工况下的快速启动、快速制动和点动对中硬齿面的冲击，造成了齿轮表面的损坏，形成了金属丝状物和金属片状物。

    4改进措施

    根据上述对5座转炉倾动装置传动系统的分析，在尽可能不剧烈快速启动和快速制动以及尽量减少点动等情况下，对3号转炉倾动大齿轮进行改进。基于目前转炉倾动实际情况，改进方案仍然采用直齿大齿轮，其基本参数与原设计基本一致，实现备件与目前倾动装置的配套和互换使用。

    方案1仍然采用调质处理的中硬齿面，通过改变淬火和回火的温度及时间，改善大齿轮的综合力学性能，将大齿轮齿面的硬度提高到HB320~ 340。大齿轮齿面硬度提高后，在额定工作力矩情况下，大齿轮的接触强度安全系数和弯曲强度安全系数明显提高。采用此方案，在齿轮毛坯锻造和粗加工调质处理后，需进行大齿轮的整体焊接和退火，之后再直接加工和滚齿，制造周期相对较短，成本相对较低。

    方案2采用硬齿面，首先对大齿轮整体调质处理，使其硬度达到HB320左右，使齿轮的心部具有较好的韧性，之后再进行表面淬火硬化处理，使齿面产生残余压应力，提高齿面硬度及其抗点蚀性能和耐磨损性能。提高齿面硬度后，在额定工作力矩情况下，大齿轮的接触强度安全系数和弯曲强度安全系数比中硬齿面有一定提高。采用此方案，首先需进行齿轮毛坯锻造和粗加工调质处理，之后进行大齿轮的整体焊接和退火，然后进行大齿轮的整体加工和滚齿，最后再进行表面淬火处理，以提高齿面硬度。因大齿轮直径较大，故后期进行刮齿加工。此方案的制造周期相对较长，成本相对较高，但大齿轮的接触强度安全系数和弯曲强度安全系数较高，心部综合力学性能较好，齿面硬度相对较高，更适合于低速、重载和有一定冲击力的转炉倾动装置。 

    中硬齿面齿轮和硬齿面齿轮基本参数的对比结果表明，中硬齿面齿轮和硬齿面齿轮都能满足生产工艺要求。其中，中硬齿面齿轮加工周期短、成本低、同类设备普遍应用；硬齿面齿轮力学性能与中硬齿面齿轮对比无明显优势，且加工周期长、成本高、同类设备应用较少。3号转炉新的大齿轮备件采用了中硬齿面的制造工艺。

    5 评述, 

   采用新工艺制造的中硬齿面的二次箱大齿轮在3号转炉倾动装置传动系统使用3年后，齿面接触良好，运行状况正常，说明改变淬火和回火的温度和时间，使齿面硬度达到HB310~350，可明显改善大齿轮的综合力学性能，延长其使用寿命。