楊少華，劉敏毅，林志中
（深圳赤灣集裝箱碼頭有限公司，廣東，深圳，518068）

　　摘　要：為了確保RTG安全、高效、穩(wěn)定的運(yùn)行，對(duì)起升減速器失效齒輪進(jìn)行分析，并提出5種改進(jìn)措施，從而提高RTG起升減速器齒輪傳動(dòng)的質(zhì)量，延長(zhǎng)減速器的使用壽命。
　　關(guān)鍵詞：港口；RTG；起升減速器；失效齒輪
　　0　引言
　　RTG是集裝箱碼頭堆場(chǎng)裝卸作業(yè)的專用起重設(shè)備之一。起升機(jī)構(gòu)是RTG主要工作機(jī)構(gòu)之一，其作用是實(shí)現(xiàn)集裝箱的升降運(yùn)動(dòng)。起升減速器是電機(jī)和卷筒之間的獨(dú)立傳動(dòng)部件，是起升機(jī)構(gòu)Z重要的組成部件。RTG起升減速器的使用工況惡劣，使用頻繁，對(duì)壽命要求比較高。減速器載荷重，其內(nèi)部齒輪及齒軸必須要有足夠的強(qiáng)度和剛度。本文針對(duì)RTG起升減速器在實(shí)際使用中發(fā)生的失效問題，進(jìn)行有針對(duì)性的分析，并提出改進(jìn)措施，對(duì)類似問題的研究具有一定的參考價(jià)值。
　　1　減速器失效問題
　　RTG深圳赤灣集裝箱碼頭有限公司4臺(tái)RTG起升減速器在使用過程中存在如下問題：
　　4臺(tái)起升減速器第3級(jí)齒輪軸齒面均因剝落失效形成凹坑。仔細(xì)觀察該齒輪軸發(fā)現(xiàn)，齒面（靠近齒根的個(gè)別部位）沿齒寬方向剝落并向齒頂擴(kuò)展，剝落脆裂的凹坑深淺不一，剝落坑Z大深度約1mm，長(zhǎng)度約占整個(gè)齒寬的1/3。剝落形成的凹坑在齒輪嚙合擠壓的過程中產(chǎn)生噪聲。經(jīng)檢查，軸承沒有發(fā)現(xiàn)異常。起升減速器齒輪齒面剝落見圖1。

　　4臺(tái)起升減速器第3級(jí)齒輪軸齒根部位個(gè)別齒面局部發(fā)生點(diǎn)蝕，金屬表層剝落。起升減速器齒輪齒面點(diǎn)蝕見圖2。

　　1臺(tái)減速器的齒輪軸發(fā)現(xiàn)裂紋，經(jīng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)裂紋深度為4mm，已經(jīng)存在很大安全隱患，無法正常使用。起升減速器齒輪軸裂紋見圖3。

　　2　失效問題分析
　　齒面剝落是齒輪表面疲勞損傷的一種表現(xiàn)，是由于齒輪在嚙合過程中齒面或齒面內(nèi)部存在材質(zhì)缺陷，在交變載荷的反復(fù)作用下造成齒輪表面的疲勞，從而導(dǎo)致材料的應(yīng)力超過其固有疲勞極限，產(chǎn)生初始裂紋。齒面剝落的特征是材料移動(dòng)形成凹坑。齒面疲勞根據(jù)嚴(yán)重程度不同，可以分為早期裂紋、破壞性損傷、齒面剝落和表面壓碎。
　　齒面點(diǎn)蝕是指齒輪副在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中齒面間有相對(duì)滾動(dòng)和相對(duì)滑動(dòng)。相對(duì)滑動(dòng)速度越大的位置越容易產(chǎn)生齒面點(diǎn)蝕?；瑒?dòng)摩擦導(dǎo)致脈動(dòng)載荷。在摩擦力和脈動(dòng)載荷的相互作用下，齒面表層產(chǎn)生循環(huán)的脈動(dòng)剪應(yīng)力。當(dāng)該剪應(yīng)力超過齒輪固有剪切疲勞極限時(shí)，齒面產(chǎn)生疲勞裂紋，如裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，會(huì)使金屬表面剝落，在齒面上形成小且少的麻點(diǎn)，該麻點(diǎn)稱為早期點(diǎn)蝕。如果齒輪副的工作狀況沒有得到改善，在靠近節(jié)圓的齒根表面上的麻點(diǎn)會(huì)逐步擴(kuò)大，減速器所產(chǎn)生的噪聲也隨之增大，Z后形成明顯的齒輪表面破壞性點(diǎn)蝕。在直齒傳動(dòng)中，點(diǎn)蝕一般首先發(fā)生在節(jié)圓的齒根面上，然后再向其他部位擴(kuò)展。
　　齒輪軸裂紋主要與材料的固有屬性、工況以及零件的安全裕度有關(guān)。斷裂的表現(xiàn)形式主要有疲勞斷裂、磨損斷裂、超載斷裂和淬裂磨削裂紋等。造成起升減速器齒輪傳動(dòng)失效的主要原因有以下幾個(gè)方面。
　　2.1設(shè)計(jì)
　　齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)尚不能完全滿足RTG起升減速器的實(shí)際使用要求，齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)的選取與實(shí)際工況條件結(jié)合不夠緊密。某些標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和監(jiān)測(cè)方法、計(jì)算方法也不統(tǒng)一。例如對(duì)于齒輪接觸疲勞強(qiáng)度的分析計(jì)算，仍沿用傳統(tǒng)的HERTZ理論公式，即以交變應(yīng)力作用下測(cè)定試樣的斷裂循環(huán)次數(shù)而制定的反復(fù)應(yīng)力和全載荷下的循環(huán)次數(shù)關(guān)系曲線作為疲勞設(shè)計(jì)依據(jù)，然而，實(shí)際傳動(dòng)齒輪由于受各種工藝、工況因素的影響，必定與試樣存在根本的差異。
　　2.2制造加工
　　齒輪的加工存在缺陷，制造質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求：鑄造齒輪存在化學(xué)成分偏析、非金屬夾雜物、氣孔、砂眼等缺陷；鍛造齒輪忽視鍛造比要求，使材質(zhì)性能下降；熱處理質(zhì)量不過關(guān)；調(diào)質(zhì)齒輪硬度達(dá)不到設(shè)計(jì)技術(shù)要求；淬火齒輪硬度不均，淬硬層淺，積存較大內(nèi)應(yīng)力；大模數(shù)齒輪加工精度不高，出現(xiàn)齒圈的徑向跳動(dòng)和齒形超差；齒面粗糙度不合格；等等。
　　2.3安裝使用
　　RTG起升減速器安裝技術(shù)規(guī)范不健全，基本靠經(jīng)驗(yàn)施工，造成安裝質(zhì)量不穩(wěn)定，達(dá)不到齒輪安裝技術(shù)要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，例如：齒輪軸中心線的水平度、平行度、中心距、輪齒嚙合間隙、接觸面積和軸承安裝等不合格；新安裝的齒輪跑合不充分；使用過程中不能定期清洗減速器、更換潤(rùn)滑油，甚至違章操作，導(dǎo)致減速器超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。
　　3　改進(jìn)措施
　　起升減速器一旦失效，將導(dǎo)致整個(gè)RTG無法工作。針對(duì)RTG起升減速器在實(shí)際使用中發(fā)生的失效現(xiàn)象，提出以下幾種改進(jìn)措施。
　　3.1設(shè)計(jì)
　　RTG起升減速器由于需要承受重載和沖擊載荷，所以對(duì)于減速器的設(shè)計(jì)需要進(jìn)一步進(jìn)行科研技術(shù)攻關(guān)，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。優(yōu)化的內(nèi)容主要包括載荷的精準(zhǔn)計(jì)算、先進(jìn)的加工和處理工藝、合理的硬度和嚙合參數(shù)、有效的潤(rùn)滑參數(shù)以及合理的裝配要求等，并提高標(biāo)準(zhǔn)化和系列化程度。
　　3.2選材
　　齒輪材料的選擇要綜合考慮強(qiáng)度、剛度和工藝性能等要求。根據(jù)齒輪選材的經(jīng)驗(yàn)，宜選用低碳合金滲碳鋼。對(duì)于承受重載和沖擊載荷的齒輪，采用以Ni-Cr和Ni-Cr-Mo合金滲碳鋼為主的鋼材（含Ni量2%～4%）。對(duì)于負(fù)載比較穩(wěn)定或功率較小、模數(shù)較小的齒輪，也可選用無Ni-Mn鋼滲碳合金鋼。
　　3.3熱處理和表面處理
　　齒輪的承載能力不僅取決于表面硬度，還取決于表面向芯部過渡區(qū)的剪切強(qiáng)度比值。一般情況下，該比值不超過0.55。深層滲碳淬火是齒輪硬化處理Z理想的方法，它可以得到很高的芯部硬度、較小的過渡區(qū)殘余拉應(yīng)力和充足的硬化層深度。
　　此外，推薦使用碳氮共滲新工藝，氮的滲入深度一般控制在0.2mm以內(nèi)。它不但能硬化表層，還能產(chǎn)生壓應(yīng)力。與單純的滲碳齒輪相比，碳氮共滲齒輪的強(qiáng)度提高13%以上，壽命可提高1倍。在熱處理后，尚需進(jìn)行油浴時(shí)效處理。
　　3.4安裝
　　在齒輪安裝過程中，要保證齒輪軸心線的水平度、平行度、中心距、軸承間隙、齒輪間隙、接觸斑點(diǎn)和軸向竄動(dòng)等達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求。新裝齒輪要做到充分的跑合，嚴(yán)禁違章作業(yè)和超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。
　　3.5潤(rùn)滑
　　潤(rùn)滑對(duì)齒輪的磨損失效有著至關(guān)重要的影響，應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視。RTG起升減速器是重載低速齒輪，接觸應(yīng)力很大。在齒輪嚙合過程中，除了切點(diǎn)部位外，其余位置均為滾動(dòng)和滑動(dòng)并存的狀況。為了保證齒輪的正常運(yùn)行，需要在齒輪接觸區(qū)建立合適的油膜厚度。
　　4　結(jié)語
　　針對(duì)RTG起升減速器失效現(xiàn)象進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，對(duì)類似問題的分析和研究具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。
　　參考文獻(xiàn)
　　胡延平.煤炭機(jī)械傳動(dòng)齒輪失效形式分析及改進(jìn)措施[J].江西煤炭科技，2010(3):105-107.
　　劉鵬德.齒輪的失效分析及其失效預(yù)防研究[J].工藝科技，2013，42(2):28-31.