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齿轮减速机或者齿轮减速箱本身只是一个传动系统里的部件，但当其作为一个项目需要推进时，故障的发生将是一个项目进行最大的障碍。 由老师傅记录的多年前的刀盘驱动减速箱故障维修经历：某日，齿轮减速箱在运行过程中出现异响，当老师傅拆开减速箱后发现二、三级行星齿轮滚柱轴承的滚柱散出，造成一、二、三级太阳轮、行星齿轮和齿圈全部打坏。而数日后，在正常推进3环后，又从刀盘方向突然传来异响，拆开5#减速箱后，发现该减速箱内三级行星齿轮碎裂成5片。 一：故障的原因分析 对于这种出现大规模损坏的情况在工程中并不多见，为了查找故障的根源，查阅了相关的技术资料，结果发现减速箱的相关技术参数与说明书上的参数有相当大的出入，特别是关键技术参数，例如输出扭矩属于明显错误，传动比94.70，额定扭矩51 kNm / 19.5 rpm。为了确保盾构机在以后的施工过程中能够稳定的工作，我们对盾构机的主驱动系统进行了校核。 二：对驱动系统的校核 主驱动系统是盾构机的核心，是盾构机最关键的部分，主驱动系统决定着盾构机的掘进能力。盾构机的驱动系统包括以减速箱、马达、电机、液压泵和刀盘等为主的盾构机核心驱动系统，因此，对盾构机驱动系统的校核就是对上述系统的校核。其中最终需要的部分就是刀盘，因此，对刀盘的校核就是对主驱动的校核。之I减速箱、马达的参数以及刀盘的脱困转矩 要对原配减速箱、齿轮马达和新配减速箱、马达进行验算，必须了解它们的就似乎参数，其中原配减速箱和新配减速箱的参数如表1，原配液压马达和新配液压马达的技术参数如表2，可以明确的对新配和原装的两种信号进行对比。  在标定压力为35 MPa，假定最大工作压力，背压为1. 8 MPa，取理想状态η=1.最大工作压力时马达最大输出扭矩对刀盘的输出扭矩(不考虑动力源):  可以得到此时刀盘上的脱困扭矩:  即原配和新配的都小于合同标定的9 550 kN.m.  2.2减速箱10%寿命工作范围时所能传递的刀盘驱动力矩 原配减速箱10%寿命工作范围时输出扭矩107 000Nm、新配减速箱9%寿命工作范围时输出扭矩122 000Nm，不考虑传递效率(即理想状态)且，此时所能传递的刀盘扭矩为:  即:原配和新配的都小于合同约定的7340kN.m.2.3减速箱70%寿命工作范围时所能传递的刀盘驱动力矩 原配减速箱额定扭矩51 000 N m、新配减速箱额定扭矩57 000 Nm，不考虑传递效率(即理想状态)，此时所能传递的刀盘扭矩为:  即:原配和新配的都小于合同约定的4 850 kNm. 2.4在刀盘转速为1. 15 rpm,额定扭矩为4 850 kNm验算电机和泵. 参数如下: 法兰传动效率η =0.97，减速器与齿圈传动效率η1=0.98减速器传动效率η2 = 0.93马达容积效率η3 =0.98,额定工况下马达排量V1=327.7 mL./mun，马达的机械效率η=0.93泵的排量V2=401.    由上述计算可以看出，电机和泵基本满足要求。正常掘进模式下马达油压在250 bar即刀盘扭矩为4 850kNm时，操作界面出现黄色报警;马达油压在270 bar即刀盘扭矩为5 269 kNm时，操作界面出现红色报警跳停。在脱困模式下，马达油压在350 bar时，操作界面出现红色报警跳停。 由此可以确定，NFM所设定的PLC扭矩数据报警值已经超过减速箱的荷载。2.5原配减速箱疲劳强度的校核 根据NFM最新提供的参数对减速器(齿轮减速机）最后一级传动小齿轮(太阳轮)强度计算校核，相应的参数为:=21, m =6.5 nun，b =72 mm, d=136.5 mm。 根据相应的公式，得到表3所示的结果。  计算结果表明，当刀盘转速超过1.巧r/min时，弯曲疲劳强度和接触疲劳强度均不能满足要求，因此必须采取相应措施。 三：改善措施 通过对减速箱70%寿命时工作范围所能传递的刀盘驱动扭矩计算，可以看出两台盾构所配的六台减速箱能产生的刀盘持续工作扭矩分别为(按100%传递效率考虑):GMH160(原配)2 427 kNm , GB 13003 FS SP 113R(新配)2712 kNm，远不能满足现场3 500 kNm左右的扭矩需求，提高驱动扭矩势在必行，增加一个减速箱可提高扭矩404kNm -452 kNm左右，盾构驱动扭矩仅能提高至2 816 kNm-3 164 kNm，与现场所需还有较大差距。原盾构机主驱动系统设计中预留有两个减速箱接口，其中一个接口与人闸仓有冲突，为确保主驱动系统的安全，拆除入闸仓加装两个减速箱、马达及连接件驱动单元，其扭矩可满足要求。 结论 在盾构机实际工作过程中，实测刀盘扭矩在2 400kNm -4 300 kNm左右，其中最高刀盘扭矩为4 809 kNm,而减速机发生了断齿，证明齿轮强度满足不了现场的实际工况。在强度校核中，发现在刀盘扭矩为4 850 kNm的情况下，齿轮接触疲劳强度不够;在脱困扭矩6 305 kNm情况下，齿轮弯曲疲劳强度和接触疲劳强度都不够;在百分百传递效率下，减速器无法工作，与实际工况吻合。因此减速机是整个驱动系统最薄弱的环节，在NFM已设定的PLC参数下减速箱将超负荷工作，毁坏不可避免。本文由成大减速机分享：http://www.chentachina.com/ |
