提升绞车是变速运行设备，因而减速器工作过程中其各齿轮的负载也是变化的。该减速器因长期工作齿面磨损较严重，并发生过齿面胶合损伤，齿侧间隙增大，起动和减速时有异常冲击。经过2tk－2.5／20型绞车减速器的磨损速率检测，进行了动力学和铁谱分析。
1 拟采取的技术途径
1.1 绞车的技术特征参数
型号
卷筒直径／mm
减速器静/动扭矩/kn.m
配用减速器传递扭矩/kn.m
主电机型号
额定容量／kw
额定转速／r.min－1 | 2jk-2.5/20
2 500
75/115
180
jrq1410-10
200
590 |
1.2 拟采取的技术途径
由于齿轮磨损严重，齿厚已变薄并发生过胶合损伤，造成动态冲击增大，所以从动力学和铁谱分析两方面对该减速器进行分析。
2 齿轮侧隙综合测试
为了在电机起动、停机时对减速器进行动态冲击分析，进行了制动起动试验，测量输入、输出端旋转位移量。测试结果如下：
输入端转角弧长／mm
第一轴测量直径／mm
输出端转角弧长／mm
第四轴测量直径／mm | 35
189
5
700 |
输入端旋转位移量为
s1＝s0+s′0+s2+s3
式中 s1——电机旋转位移，35 mm；
s0——齿轮设计侧隙；
s′0——因齿轮磨损而增加的侧隙；
s2——啮合传动位移；
s3——联轴器间隙。
则总空行程
s0+s′0+s3＝s1－s2(1)
将输出端啮合传动位移量折算到输入端，其切向位移量为
s2＝d1/2is/(d4/2)＝23.9 mm
式中 d1——第一轴齿轮节圆直径，189 mm；
i——减速器总传动比，17.6859；
s——输出端转角弧长，5 mm；
d4——第四轴测量直径，700 mm。
将s1、s2代入(1)式得
s0+s′0+s3＝11.1 mm
3 齿轮可靠性分析
3.1 动力学分析
在对齿面检查中发现部分齿面磨损，特别是第一轴上齿轮齿顶有飞边现象。从前面的计算结果得知，由于有11.1 mm的空行程，所以电机起动后齿轮啮合时产生冲击；停机时滚筒制动后并没有使电机与减速器同步停车，在电机惯性作用下也产生了冲击。这必然造成齿面的锤压形成飞边。下面对这两种冲击现象进行动力学分析。
(1)起动过程。由于有11.1 mm的空行程，电机起动时，由
得
(2)
式中 m——电机空载起动力矩；
j——电机转子转动惯量；
ε——起动角加速度；
ω——起动角速度；
t——起动时间；
α——旋转角度。
由于
j＝(gd2)d/4g＝53.57 kg.m2
α＝11.1/(189/2)＝0.1175 rad
m＝(1/2)×9549×p/n＝
1 618.47 n.m
式中 (gd2)d——电动机的飞轮转矩；
g——重力加速度；
p——额定容量；
n——额定转速。
所以由(2)式得ω=2.665 rad/s
设电机空运行后，第一轴上齿轮与第二轴上齿轮碰撞力矩为m′，时间为t′，且碰撞过程为完全弹性碰撞。
据冲量定理 m′t′＝jω
有 m′＝jω/t′＝2 039.49 n.m
一般钢与钢碰击时间为毫秒级，考虑到弹性恢复过程和计算保险起见，取0.07 s。
由于电机本身还有主动力矩，所以碰撞过程中最大力矩为
mmax＝m+m′＝3 658 n.m＜
9 974 n.m (设计扭矩)
说明碰撞最大力矩尚未超过原设计值。
(2)停车过程。当提升容器接近井口位置时，提升机爬行速度v近于0.5 m/s，相应的电机转速为
n＝(v/πd)i＝1.13 r/s
式中 d——卷筒直径；
i——总传动比；
v——提升机爬行速度。
制动器抱闸后，由于有11.1 mm的空行程，电机将继续旋转，直到齿面相碰后再反向运转为止。假定电机阻尼很小(可忽略不计)，则碰撞力矩为
m＝jω/t＝j×2πn/t＝5 433.5 n.m＞
4 240.7 n.m(设计静扭矩)
式中 m——碰撞力矩；
j——电机转子转动惯量；
ω——角速度；
t——碰撞时间，取0.07 s；
n——提升机爬行速度为0.5 m/s时的电机转速。
碰撞力矩m比额定力矩me提高量δ为
δ＝(m－me)/me×100％ (3)
由于
me＝9549p/n＝3236.9 n.m
式中 p——额定容量；
n——额定转速。
将m、me代入(3)式得δ＝67.9％
3.2 铁谱分析
以上分析是基于目前情况进行的，但在以后的使用中磨损情况如何，为此抽取油样进行铁谱分析，将所取油样分别在mc-1型磁感应式磨屑检测仪和tpf-1型分析式铁谱仪上进行了测量并将磨屑检测仪读数a、磨损烈度指数is分别与累计运转时间t描成曲线(图1、图2)。
图1a－t曲线
图2is－t曲线
从曲线可以看出，数据没有明显的增长趋势。虽然存在上下波动，但总趋势是平缓的。又对铁谱片进行了定性观察，没发现大于15 μm的大颗粒。由此可断定，减速器经胶合后重新换润滑油以来，润滑良好，磨损缓慢处于正常磨损状态。
4 结论与建议
(1)由于该减速器目前的综合侧隙较大，造成起、停均有一定冲击，从而使碰撞力矩增大至额定力矩的69.7％(停车过程)，虽未超出减速器设计的动扭矩，但已超出减速器设计的静扭矩。
(2)铁谱分析表明，对于该减速器只要保证润滑正常，齿轮在近期内不会出现胶合故障。
(3)建议改进制动装置，使停车时电机与滚筒同时制动，以减缓停车冲击，延长减速器使用寿命。
(4)建议改进后备保护，尽量减少紧急停车。
作者简介 王巧梅 1962年生，高级工程师，1986年毕业于阜新矿业学院，现从事刮板输送机国家监督抽查检测工作。地址：山西省太原市并州南路256号，邮码：030006。
作者单位：王巧梅 煤炭科学研究总院太原分院
李延龙 哈尔滨大学
