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、穩定的運行，對起升減速器失效齒輪進行分析，并提出5種改進措施，從而提高RTG起升減速器齒輪傳動的質量，延長減速器的使用壽命。
　　關鍵詞：港口；RTG；起升減速器；失效齒輪
　　0　引言
　　RTG是集裝箱碼頭堆場裝卸作業的專用起重設備之一。起升機構是RTG主要工作機構之一，其作用是實現集裝箱的升降運動。起升減速器是電機和卷筒之間的獨立傳動部件，是起升機構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，對壽命要求比較高。減速器載荷重，其內部齒輪及齒軸必須要有足夠的強度和剛度。本文針對RTG起升減速器在實際使用中發生的失效問題，進行有針對性的分析，并提出改進措施，對類似問題的研究具有一定的參考價值。
　　1　減速器失效問題
　　RTG深圳赤灣集裝箱碼頭有限公司4臺RTG起升減速器在使用過程中存在如下問題：
　　4臺起升減速器第3級齒輪軸齒面均因剝落失效形成凹坑。仔細觀察該齒輪軸發現，齒面（靠近齒根的個別部位）沿齒寬方向剝落并向齒頂擴展，剝落脆裂的凹坑深淺不一，剝落坑Z大深度約1mm，長度約占整個齒寬的1/3。剝落形成的凹坑在齒輪嚙合擠壓的過程中產生噪聲。經檢查，軸承沒有發現異常。起升減速器齒輪齒面剝落見圖1。

　　4臺起升減速器第3級齒輪軸齒根部位個別齒面局部發生點蝕，金屬表層剝落。起升減速器齒輪齒面點蝕見圖2。

　　1臺減速器的齒輪軸發現裂紋，經檢測，發現裂紋深度為4mm，已經存在很大安全隱患，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，是由于齒輪在嚙合過程中齒面或齒面內部存在材質缺陷，在交變載荷的反復作用下造成齒輪表面的疲勞，從而導致材料的應力超過其固有疲勞極限，產生初始裂紋。齒面剝落的特征是材料移動形成凹坑。齒面疲勞根據嚴重程度不同，可以分為早期裂紋、破壞性損傷、齒面剝落和表面壓碎。
　　齒面點蝕是指齒輪副在轉動過程中齒面間有相對滾動和相對滑動。相對滑動速度越大的位置越容易產生齒面點蝕。滑動摩擦導致脈動載荷。在摩擦力和脈動載荷的相互作用下，齒面表層產生循環的脈動剪應力。當該剪應力超過齒輪固有剪切疲勞極限時，齒面產生疲勞裂紋，如裂紋進一步擴展，會使金屬表面剝落，在齒面上形成小且少的麻點，該麻點稱為早期點蝕。如果齒輪副的工作狀況沒有得到改善，在靠近節圓的齒根表面上的麻點會逐步擴大，減速器所產生的噪聲也隨之增大，Z后形成明顯的齒輪表面破壞性點蝕。在直齒傳動中，點蝕一般首先發生在節圓的齒根面上，然后再向其他部位擴展。
　　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。斷裂的表現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失效的主要原因有以下幾個方面。
　　2.1設計
　　齒輪傳動的設計尚不能完全滿足RTG起升減速器的實際使用要求，齒輪設計參數的選取與實際工況條件結合不夠緊密。某些標準、規范和監測方法、計算方法也不統一。例如對于齒輪接觸疲勞強度的分析計算，仍沿用傳統的HERTZ理論公式，即以交變應力作用下測定試樣的斷裂循環次數而制定的反復應力和全載荷下的循環次數關系曲線作為疲勞設計依據，然而，實際傳動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，制造質量達不到標準和技術要求：鑄造齒輪存在化學成分偏析、非金屬夾雜物、氣孔、砂眼等缺陷；鍛造齒輪忽視鍛造比要求，使材質性能下降；熱處理質量不過關；調質齒輪硬度達不到設計技術要求；淬火齒輪硬度不均，淬硬層淺，積存較大內應力；大模數齒輪加工精度不高，出現齒圈的徑向跳動和齒形超差；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規范不健全，基本靠經驗施工，造成安裝質量不穩定，達不到齒輪安裝技術要求和質量標準，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、更換潤滑油，甚至違章操作，導致減速器超負荷運轉。
　　3　改進措施
　　起升減速器一旦失效，將導致整個RTG無法工作。針對RTG起升減速器在實際使用中發生的失效現象，提出以下幾種改進措施。
　　3.1設計
　　RTG起升減速器由于需要承受重載和沖擊載荷，所以對于減速器的設計需要進一步進行科研技術攻關，優化設計參數。優化的內容主要包括載荷的精準計算、先進的加工和處理工藝、合理的硬度和嚙合參數、有效的潤滑參數以及合理的裝配要求等，并提高標準化和系列化程度。
　　3.2選材
　　齒輪材料的選擇要綜合考慮強度、剛度和工藝性能等要求。根據齒輪選材的經驗，宜選用低碳合金滲碳鋼。對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%）。對于負載比較穩定或功率較小、模數較小的齒輪，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的剪切強度比值。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、較小的過渡區殘余拉應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。它不但能硬化表層，還能產生壓應力。與單純的滲碳齒輪相比，碳氮共滲齒輪的強度提高13%以上，壽命可提高1倍。在熱處理后，尚需進行油浴時效處理。
　　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、接觸斑點和軸向竄動等達到質量標準和技術要求。新裝齒輪要做到充分的跑合，嚴禁違章作業和超負荷運轉。
　　3.5潤滑
　　潤滑對齒輪的磨損失效有著至關重要的影響，應當引起足夠的重視。RTG起升減速器是重載低速齒輪，接觸應力很大。在齒輪嚙合過程中，除了切點部位外，其余位置均為滾動和滑動并存的狀況。為了保證齒輪的正常運行，需要在齒輪接觸區建立合適的油膜厚度。
　　4　結語
　　針對RTG起升減速器失效現象進行分析，并提出相應的改進措施，對類似問題的分析和研究具有一定的指導和借鑒意義。
　　參考文獻
　　胡延平.煤炭機械傳動齒輪失效形式分析及改進措施[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防研究[J].工藝科技，2013，42(2):28-31.