油液監測技術的應用-----AOD轉爐傾動大齒輪的故障診斷

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油液監測技術

  油液監測技術就是通過對設備在用潤滑油的理化性能指標、磨損金屬和污染雜質顆粒的定期跟蹤監測，及時了解掌握設備的潤滑和磨損狀態信息，診斷設備磨損故障的類型、部位和原因，為設備維修提供科學依據，指導企業進行設備的狀態維修和潤滑管理，從而預防設備重大事故發生的發生，降低維護費用。

AOD轉爐傾動大齒輪

  AOD轉爐傾動裝置是典型的大型低速重載回轉設備，屬于煉鋼廠不銹鋼生產線的關鍵設備，其傾動大齒輪的設計壽命為10 年左右，倘若其發生故障，將直接影響到不銹鋼產量并給工廠造成重大的經濟損失。正是因為其重要性，所以采用油液監測技術來監測齒輪的磨損狀態，下面來具體了解一下如何進行監測及其方法。

AOD轉爐傾動大齒輪技術參數及監測方法

 AOD傾動機械裝置采用全懸掛二點嚙合扭力桿平衡方式，其技術參數如下：

  1、傾動力矩： 2×106 N·m；

  2、大齒輪轉速： 0.15 ～1.5 r/min；

  3、直齒圓柱齒輪模數 m = 20， 齒數Z1 / Z2 = 20 /132，齒寬b= 480 mm，分度圓直徑d1 / d2 = 400 /2640；

  4、小齒輪材質：17CrN iMo6，滲碳淬火磨齒，齒廓和齒向修形，齒面粗糙度 Ra 0.8μm ，齒面硬度 HRC 57～61；

  5、大齒輪材質: 30C rN iMo8V，調質σb = 1200 ～ 1350 N /mm2 ，磨齒和齒廓修形，齒面粗糙度 R 0.8μm ，齒面硬度 HB360 ～400；

  6、潤滑油黏度等級為ISO460，牌號為 BMP460。

監測儀器

  本設備所用的監測及分析裝置主要有: SPECTRO M 型油料光譜儀（Spectroil Co.）；雙聯分析式鐵譜儀（Standard Oil Co.）；RPD 旋轉式鐵譜儀（Predict Technologies Co.）；BX60 鐵譜顯微鏡（Olymp us）等。

  1、光譜分析結果

  通過3月16 日和 3月28日分別對該設備實施了2次取樣分析，測試數據見表1。由于取樣時停機時間略有不同，因此數據略有差別。從光譜分析可以發現潤滑油中鉬和鐵元素含量很高，其中鉬元素來源于潤滑油添加劑，而鐵元素來源于齒輪副的磨損。

    2、鐵譜分析結果

  對2種油樣進行鐵譜分析顯示潤滑油中存在眾多大尺寸的鋼質磨粒，其種類有片狀磨粒、嚴重滑動磨粒、切削狀磨粒和塊狀磨粒。其中片狀磨粒（見圖1）和嚴重滑動磨粒（見圖2）的大尺寸均在200μm以上；而切削狀磨粒（見圖3）則比較粗大，其大長軸尺寸也在200μm以上；塊狀磨粒的尺寸也達到了150μm×120μm（見圖4）。這些大尺寸鋼質磨粒的存在，顯示出齒輪副存在異常磨損，齒面出現了點蝕現象，為此建議設備點檢方盡早打開箱蓋全面檢查齒面狀態。

齒面檢查結果

  利用生產的間隙時間，對齒輪箱進行了開蓋檢查，檢查結果如圖5所示。從大齒輪各齒面狀態來看，其輪齒節線上下齒面的材料有不同程度的磨損損失，離節線越遠，磨損量越大，而節線處的材料幾乎沒有損失，所以在節線處可以看到一條連續的凸起線。從齒面損傷形式來看，大齒輪應屬于中等磨損，但各齒面節線附近已經出現一定數量的點蝕坑，說明磨損程度已經趨于嚴重。而與之配對的小齒輪由于是硬齒面，其磨損程度相對較好。

故障原因分析

  為什么設計壽命達 10年之久的齒輪，在短短2年之內就出現了如此嚴重的異常磨損呢? 由于該轉爐傾動裝置屬于典型低速重載設備，在啟動、制動時的速度很低（大齒輪轉速僅為0.15～1.5 r/min），油膜的形成比較困難，因此重載齒輪副基本處于邊界潤滑狀態。在這種條件下，要求所選用的潤滑劑必須具有優良的極壓抗磨性能，否則會導致兩摩擦表面的直接接觸，從而使得齒輪表面出現異常磨損甚至膠合現象。

  極壓抗磨劑能夠在金屬表面承受負荷的條件下，起防止金屬表面的磨損、擦傷甚至燒結的作用。其作用機制大體如下：當摩擦面接觸壓力高時，兩金屬表面的凸凹點互相嚙合，產生局部高壓和高溫，此時若潤滑油中含有活性硫、磷等類型化合物的極壓抗磨劑時，將與金屬表面發生摩擦化學反應，生成剪切強度低的硫化物、磷化物類無機保護膜，從而將兩摩擦表面隔開，達到防止金屬的磨損和燒結的目的。因此 ,低速重載齒輪副所選用的潤滑劑必須具有良好的極壓抗磨能力，目前該設備所用 BMB460潤滑油的極壓抗磨性能如何尚待進一步考察。

  如果潤滑劑的潤滑效果不佳或出現污染雜質（比如大尺寸的金屬磨粒或其他硬質顆粒），就會在比較短的時間內出現中等程度的磨損損傷。通常齒輪副的中等磨損是在半年至一年時間內出現的，但由于轉爐傾動裝置的運轉率很低，也就是說齒輪副的累積工作時間并不算很長，故在不到二年的時間內出現了中等磨損同樣屬于此類故障。

檢修與維護建議

  從目前傾動裝置大齒輪齒面的磨損狀況來看，如不及時采取有效措施，將會導致齒輪過度磨損，工作齒面材料將被大量磨掉，齒厚減薄齒頂變尖，漸開線齒廓形狀將被破壞，后出現嚴重的噪聲和振動，甚至發生彎曲疲勞斷齒，并且還會波及到硬齒面的小齒輪，終使得小齒輪也發生損傷。因此提出如下建議：
  （1）加強現場點檢的日常巡檢工作，確保齒輪齒面均勻的噴油量，確保摩擦副得到良好的潤滑。
  （2）及時更換潤滑油或加強過濾，以減少因大尺寸磨粒（磨料）的存在而導致對齒面的進一步損傷 。
  （3）縮短取樣分析周期，跟蹤齒輪的磨損發展趨勢。
  （4）對潤滑油的極壓抗磨性能等指標進行考察 ,使用極壓抗磨性能更好的潤滑劑（必要時還可以考慮適當提高其黏度等級），以改善齒輪副的潤滑效果，盡量延長齒輪的使用壽命 。
   （5）在定修時對大齒輪齒面進行無損探傷檢測 ,檢查齒輪的磨損嚴重程度。