掘削機の減速機の一般的な故障:特定と解決策

油圧ショベル

掘削機用減速機 財団

  1. 減速機とは、モータの回転を歯車による変速機で所望の回転数に落とし、より大きなトルクを得るための動力伝達機構である。
  2. 減速機には多くの種類があり、伝動形式によって歯車減速機、ウォーム減速機、遊星減速機、およびそれらの複合減速機に分けられ、伝動段数によって単段減速機と多段減速機に分けられ、歯車の形状によって円筒歯車減速機、傘歯車減速機、傘円筒歯車減速機に分けられ、伝動レイアウトによって展開型減速機、分割型減速機、同軸減速機に分けられる。
  3. 歯車の潤滑には、油溜り潤滑と循環潤滑の2種類がある。
  4. 潤滑油は定期的にチェックし、交換する必要があります。新しく設置した掘削機の減速機を初めて使用するときは、10~15日間運転した後に新しいオイルに交換しなければならない。将来的には、オイルの品質を定期的(2~3ヶ月)にチェックし、要件を満たしていない場合は、直ちに交換する必要があります。一般的に、オイルは少なくとも6カ月ごとに交換する必要がある。

ショベル用減速機の歯車孔食と剥離の原因分析

2.1 ギアボックス(掘削機の減速機)のギヤの穴あきや剥がれの原因は?

ギアに穴が開いたり、剥がれたりする様々な要因を掘り下げてみよう:

a.材質、硬度、欠陥

  • 素材の質: ギアの材質が要求基準を満たしていない可能性がある。
  • 硬度: ギアの接触疲労強度に影響を与える主な要因の一つは、熱処理後の硬度が低く、期待される接触疲労強度を確保できないことである。
  • 欠陥: ギヤの表面や内部の欠陥も、接触疲労強度の不足につながる。

b.ギア精度の悪さ

  • ギヤの加工や組み立ての精度が、要求される基準に達していない可能性がある。
  • メッシュの精度やモーションの精度が低いといった問題が生じる可能性がある。
  • 円弧歯車のシェルの中心距離の誤差が大きすぎ、非効率になる可能性がある。

c.潤滑油の不足

  • 使用されている潤滑油の等級が間違っている可能性があります。
  • オイルの粘度が低いと、潤滑性能が低下します。

d.オイルレベルが高い

  • オイルレベルが高すぎると、オイルの温度が上昇する可能性があります。
  • この温度上昇は潤滑油の粘度を低下させ、潤滑性能を損ない、油膜の作業厚さを減少させる。

これらの要因を理解し、ギアボックスを定期的に点検・整備することで、ギアの孔食や剥離のリスクを軽減し、掘削機の減速機がスムーズかつ効率的に動作するようにすることができます。

2.2.ギアボックスのシャフトカップリングの原因について、簡単な分析をお願いします。

油圧ショベル用減速機
油圧ショベル用減速機

答え:a. 歯の破損により入力軸の軸方向の拘束力が失われ、軸のずれが生じる。

b.中間軸のドリブンギヤと軸との締結が緩いことが原因である。実際の変速機では、従動歯車と中間軸との噛み合いが不十分なために、従動歯車が中間軸に対して軸方向変位を生じ、それが入力軸の軸方向変位を引き起こすことが多い。従って、不十分な干渉はギアボックスの軸ひもの主な原因である。

c.ギアボックスのステアリングもシリアルシャフトに一定の影響を与える。

2.3.減速油の温度が高い理由を簡単に分析してください。

回答: a. 潤滑油が不適格であるか、使用期間が長すぎる。

b.過剰な潤滑油は、ギアボックス機構の放熱に寄与しない。

c.損傷部品。機械的損傷には、ひどい歯車穴あき、歯の破損、ベアリングケージ、内輪、外輪、ボールベアリングの損傷、ひどいベアリングのロックまたはシャフトの変形が含まれる;

d.箱の外側がゴミやほこりで覆われている。減速機周辺に物が溜まっていたり、本体表面の清掃を長期間行わなかったりすると、ゴミやホコリに覆われて減速機の放熱が不完全になり、油温が上昇する可能性があります;

e.冷却装置が故障している。冷却装置はギアボックスと同様、埃の多い工場建屋内に設置されている。内部のパイプラインが長期間清掃されず、冷却装置が詰まったり破損したりすると、ギアボックスオイルの温度が上昇する;

2.4.掘削機減速機の定期保守と故障 :

通常のメンテナンスは主に以下を含む:

  1. 設置時の調整と試運転、2.定期点検、高温抜き取り検査、オイルの品質検査、3.オイルの定期的な補充と交換。

一般的な故障は主に以下の通り:

掘削機の減速機が大きく振動する; 2.騒音がある; 3.高いオイル温度; 4.オイル漏れ; 5.ギヤの損傷; 6シリーズ軸; 7.壊れた軸受け。

3、メンテナンスと維持管理 油圧ショベル用減速機

3.1 取り付けと調整

a.減速機の組立精度を確保するため、据付中に機械を始動させる必要はなく、シール接着剤を損傷させることもない。ギヤ表面の防錆グリースは、サイトオイルカバーを開けるか、灯油(軽油)で洗浄して確認することができます。

b.弾性カップリング、ギヤカップリング、その他の非剛性カップリングを減速機とモータまたはホスト間に使用することができる。

c.c. 減速機は安定かつ堅固に設置し、ベース調整用ガスケットは堅固に切断すること(スチールパッド使用)。接続部品間の同軸度偏差は、使用するカップリング装置の許容値を超えてはならない。

d.ボックスの各シール面のボルトに緩みがないか確認し、緩みがあれば再度締め付ける。

3.2 使用とメンテナンス

a.減速機を正式に使用する前に,負荷試験を実施しなければならない。

b.負荷試験の前に、オイルマークの位置に合わせて潤滑油を加え、出力軸を手で回転させて1周させる。その後、2時間空転させ、異音がないこと。

c.c. 負荷試験中,負荷は全負荷まで徐々に負荷し(条件が許せば,25%,50%,75% 及び 100% の 4 段階で負荷する),各段階は 2 時間以上運転すること。衝撃振動やオイル漏れがなく、安定していること。故障がないことを確認した後、使用前に機械内部の潤滑油を抜くか、200メッシュのフィルターでろ過すること。

d.試験運転中に異常な状況があれば、原因を特定し、排除し、製造者に直ちに通知すること。

e.減速機は、運転開始後 6 ヶ月に 1 回は修理し、定期的(週 1 回)に歯面に孔食、磨耗、付着などの欠陥がないか点検する。歯面の欠陥面積が歯長・歯高方向に20%を超え、さらに進展する場合は、歯車ペアを交換する。

3.3 潤滑

a.歯車の潤滑には、油溜り潤滑と循環潤滑の2種類がある。潤滑油は装置の指示により選定する。軟質歯面及び中硬質歯面の減速機にはN100~150を使用し、硬質歯面及び遊星減速機にはN220~320を使用する。

b.潤滑油は定期的に点検し、交換すること。新しく取り付けた減速機を初めて使用するときは、10~15 日間運転した後、新しいオイルに交換しなければならない。その後、定期的(2~3か月)に油の品質をチェックし、要件を満たさない場合は直ちに交換すること。一般的に、オイルは少なくとも6カ月ごとに交換する必要がある。オイルの品質を検査する際、以下の状況に該当する場合は、潤滑オイルを適時に交換しなければならない:

  • 潤滑油中の異物含有量が2%を超える;
  • 0.5%を超える潤滑油中の金属砥粒;
  • 潤滑油中の水分含有量が2%を超える;

c.c.減速機の日常的な保守・メンテナンスには、主に油漏れの点検、ボックス内の液面の適時点検、潤滑状態の良否の確認、各部のねじの固さと完全性の確認、装置の温度の定期的なチェック、運転中に歯車の噛み合わせ位置に鉛線を食い込ませて歯の磨耗を測定することなどが含まれる。

3、ギアボックスのメンテナンスと維持管理

油圧ショベル用減速機
油圧ショベル用減速機

ギアボックスの使用中に発生する可能性のある不具合には、オイル漏れ、ベアリング部分の過熱、大きな騒音、ギアボックスのオイルプールの過度の温度(70度以上)、ギアボックスからの異音、駆動軸のずれ、ベアリングの破損、ギアの損傷などがある。その原因と予防策を分析する。

4.1 ギアボックスのオイル漏れ

4.1.1 原因分析

オイル漏れの原因はさまざまですが、最も多いのは、作動軸と従動軸のヘッドのシール箇所、特に作動軸のシールリングで、これが最も深刻です。上記の状況に加え、3つの油漏れ箇所がある。

a.ギアボックスの接合面に沿ったオイル漏れ;

b.レデューサ上部のサイトホールカバーからのオイル漏れ;

c.レデューサ下部のドレンホールからオイル漏れが発生する;

サイトホールカバーとオイルドレンホールからのオイル漏れは、主に固定ボルトが完全に締め付けられていないか、シーリングガスケットが取り付けられていないことが原因です。

個々の選手の組み立て中 ギアボックスボックス表面に鉄粉が残り、ボックス表面が緩んでオイル漏れが発生する。シール面の油漏れの原因は、上記の要因だけでなく、より重要なのは、一定期間使用した後にギアボックスのハウジングが変形し、シール面が不均一になったり、嵌合が緩んだりして油漏れが発生することである。

4.1.2.予防と除去の方法

a.シールリングカバーは着脱式構造を採用。

b.シーリングリングはオープン構造を採用。

c.インプットシャフトベアリングのオイルリターンホールを適切に拡大すること。

d.ギアボックスのハウジングにエージング処理を施すことで、変形を防ぎ、ボックス表面に沿ったオイル漏れを防ぐことができる。現在、効率を向上させるための3つの方法がある:1つは自然故障であり、2つ目は人工的なエージングであり、3つ目は振動エージングである。実際の条件に応じて選択し、処理することができる。

e.減速機ベースのシール面には環状油溝が鋳造または機械加工されており、環状油溝には複数の戻り油孔が連通している。ギヤボックスが作動しているとき、オイルがギヤボックスの表面にしみ込むと、環状油溝に入り、オイル戻り穴を通ってオイルタンクに流れ込む。潤滑油がギヤボックスの表面に沿ってギヤボックスハウジングの外側に漏れることはありません。

f.ギアボックスを組み立てる際、接合面にシール剤(D05シリコーンゴムシーラントなど)を塗布すると、接合面からのオイル漏れを効果的に防ぐことができる。

g.ギアボックスの油面が高すぎると、ギア攪拌油の動力損失を増加させるだけでなく、潤滑油の激しい飛散による油漏れの可能性も高くなる。また、油温の継続的な上昇を招き、特に夏場の周囲温度が高い場合、油温が上昇し、潤滑油の粘度が低下し、潤滑性能が低下し、油の流動性や漏れが増加し、ギアやベアリングの潤滑に直接影響を与え、耐用年数が短くなる。したがって、使用中は正常な油面を保つ必要がある。

h.サイトグラス・カバーとオイル・ドレイン・ホールにシーリング・ガスケットを取り付け、ボルトを締める。

l.出力軸の戻り油孔を大きくすることで、出力軸からの油漏れを防ぐことができる。

j.通気性キャップと点検孔カバーを改善する。オイル漏れの主な原因の一つは、ギアボックスの内部圧力が外部の大気圧より大きいことである。ギアボックス内外の圧力をバランスさせる努力をすれば、オイル漏れを防ぐことができる。ギアボックスにはいずれも通気性のキャップが付いているが、通気孔が小さすぎるため、ホコリや油汚れでふさがりやすい。また、給油のたびに点検孔の蓋板を開ける必要があるため、オイル漏れの可能性が高くなり、本来漏れていなかった部分まで漏れてしまう。通気性を高めて内外均圧を実現できる。

4.2 ギアボックスのベアリング部分の過熱または異音

4.2.1 原因分析

a.潤滑油不足。ギヤボックスのオイル漏れにより、潤滑オイルのレベルが不足していたり、適切な高さに達していない場合、ギヤボックスの軸受部が高温になったり、異音が発生したりすることがある;

b.軸受カバー又はシール部の摩擦。軸受の取付けが不適切であったり、軸受カバーが直立していなかったり、長期間の使用により軸受カバーやシール部、連結部に摩耗が生じると、減速機軸受の高温や異音の原因となることがあります;

c.ベアリングの損傷または摩耗。この項目の主な内容は、ベアリングの保持器の損傷、内外輪の摩耗・変形、ボールベアリングの摩耗・脱落などであり、いずれも減速機が正常に作動しなくなる原因となります;

d.ベアリングのすきまが大きすぎる、または小さすぎる。長期間の使用により、ボールと減速機軸受の内外輪、軸受と軸の内外輪、軸受とエンドカバーの間の隙間が大きくなると、上記のような症状が発生することがあります;

e.ヘリカルギアキーハンドルが緩んでいる。ヘリカルギアキーハンドルが緩んでいると、ギアとシャフトの嵌め合いが緩くなり、ベアリングの過熱や異音の原因になります;

4.2.2.予防および除去方法

a.オイル・レベルを点検し、潤滑油を追加する;

b.ベアリングと連結部品のボルトを締め、シールの取り付けを確認する;

c.ベアリングを点検し、損傷があれば直ちに交換する;

d.クリアランスが適切でない場合は、ベアリングのクリアランスを調整する。調整できない場合は、ベアリングを交換する;

e.ヘリカルギアのキーシャフトが緩んでいる場合は、適時修理を依頼すること;

4.3 ギアボックスの油温が高すぎる

4.3.1 原因分析

a.潤滑油が不適格、または使用期間が長すぎる。現在、当社グループのギアボックスで使用されている潤滑油は、ほとんどが320 #極圧ギアオイルである。期限切れや異なる性質の潤滑油が添加されたり、潤滑油が長期間交換されなかったりすると、ギアボックスの油温が高くなりすぎる可能性がある;

b.潤滑油の過剰。オイルレベルの高さがディプスティックまたは可視穴の上限および下限より高い場合、ギアボックスの油温が高くなりすぎる;

c.損傷部品。機械的損傷には、ひどい歯車穴あき、歯の破損、ベアリングケージ、内輪、外輪、ボールベアリングの損傷、ひどいベアリングのロックまたはシャフトの変形が含まれる;

d.箱の外側がゴミやほこりで覆われている。減速機周辺に物が溜まっていたり、本体表面の清掃を長期間行わなかったりすると、ゴミやホコリに覆われて減速機の放熱が不完全になり、油温が上昇する可能性があります;

e.冷却装置が故障している。冷却装置はギアボックスと同様、埃の多い工場建屋内に設置されている。内部のパイプラインが長期間清掃されず、冷却装置が詰まったり破損したりすると、ギアボックスオイルの温度が上昇する;

4.3.2.除外方法

a.潤滑油を交換する;

b.余分な油を取り除く;

c.慎重に点検し、損傷した部品を見つけ、適時に修理または交換する;

d.ゴミやほこりを取り除く;

e.冷却装置を交換するか、詰まりを取り除く;

4.4 ギアボックスの過度の振動

4.4.1 原因分析

a.基礎ねじの緩み。長期間の運転により、減速機の基礎ねじに緩みや損傷が生じ、過大な振動や異常な作業状態を引き起こすことがあります;

b.カップリングが破損している。この減速機に接続されているカップリングが油漏れ、ねじのゆるみ等により破損した場合、その振動が減速機に伝わり、減速機の異常振動の原因となります;

c.モーターのネジが緩んでいる。カプラの故障と同様、様々な原因でモーターが振動すると、その振動がギヤボックスに伝わり、ギヤボックスの振動が大きくなる;

d.ベアリングがひどく摩耗している。本項目4.2.1で説明したように、上記の理由はすべてギアボックスが正常に機能しなくなる原因となります;

e.ギアの損傷。ギヤの損傷には、歯面上のひどい穴あき、大きなギヤ噛み合いクリアランス、ひどいギヤ歯の摩耗、歯の破損が含まれる。これらのギヤ摩耗の状況は、ギヤボックスが高振動により正常に機能しないことが原因である可能性がある;

f.軸の変形がバランスを失う。軸の強度や硬度が要求値より低い場合、または長期間の運転による経年劣化の場合、軸の変形を引き起こし、ギアボックスの大きな振動の原因となります;

4.4.2 予防および除去方法:

a.基礎ボルトを締める;

b.カプラーの損傷箇所と原因を確認し、適時に修理する;

c.モーターの緩んだネジを締める;

d.ベアリングを交換する;

e.ギアを交換する;

f.シャフトを交換する;

4.5 ベアリングの断片化

4.5.1.原因分析減速機軸受の亀裂は、主に駆動軸軸受で発生する。その主な原因は、駆動軸が動くと、軸受内輪ところの間で軸方向のすべり現象が発生し、軸受内輪が軸方向に移動し、軸受内ころが最初に損傷するためである;

4.5.2.予防と除去方法内輪と軸との干渉を大きくするか、軸受内輪の外側にブロックリングを追加して軸方向変位を防止する;

4.6 ギアボックスからの異音

4.6.1 原因分析

a.ギヤボックスの過負荷運転; b. 作業機械の不均一な負荷; c. 潤滑油の劣化; d. ギヤ歯面の摩耗または製造品質の低下; e. ベアリングクリアランスの過大または不足; f. 歯面に付着物がある; g. ボックス内にゴミがある;

4.6.2 予防および除去方法:

a.規制要件に従って運用する;

b.バランス状態を調整する;

c.c. レデューサ内部の劣化した潤滑油を排出し、十分に洗浄した後、適格な潤滑油と交換する;

d.主要な修理や部品交換のために、修理工場に適時に送ること;

e.ベアリングクリアランスを調整する;

f.点検と清掃;

g.洗浄のためにオイルを排出する;

4.7 ギアの損傷

4.7.1 歯の破損

4.7.1.1 原因分析:

歯車の破断は疲労破断と過負荷破断に分けられる。歯車伝達の運転中、歯車の歯は複数の交番荷重を受け、曲げ疲労応力下で歯根の危険な部分に作用する。疲労亀裂は歯根で発生し、交互の曲げ疲労応力の作用の下で、疲労亀裂は徐々に拡大し、最終的に歯の曲げ疲労破壊に至ります。歯車変速機の運転中、歯車は短期間の過負荷、衝撃荷重、または歯の激しい摩耗と菲薄化のために過負荷破壊を経験することがあります。

4.7.1.2 解決策

歯元の移行半径を大きくし、加工面の粗さを最小にすることで、応力集中の影響を低減し、シャフトとサポートの剛性を高め、歯面の局所的な荷重を緩和することができます。

4.7.2 ギヤの孔食と剥離

4.7.2.1 原因分析:

歯車の表面に孔食や剥離が発生する主な原因は、歯車の接触疲労強度が不十分なためです。孔食、剥離と摩耗の違いは、金属が粒子の形で摩耗するのではなく、ブロック状に剥離し、歯面にへこみを生じさせ、歯形の正確さを著しく損なうことである。損傷のプロセスは次のとおりです。まず、歯面に小さな亀裂が発生し、潤滑油が疲労亀裂に入り込みます。その後、何度も噛み合い動作が繰り返された後、亀裂は拡大し続けます。クラックが拡大・進展するにつれて、潤滑油がクラックの深部に連続的に充填され、小さな金属片が剥離して歯面から離れる。この現象により、歯車の正常な噛み合い性能が損なわれる。歯面にピッティングが発生する主な原因は以下の通りです:

a.材質、硬度、欠陥。歯車の材質が要求を満たしていない。歯車の接触疲労強度に影響を与える主な要因は、熱処理後の硬度が低いことであり、期待される歯車の接触疲労強度を保証することはできない。また、歯の表面や内部に欠陥があることも、接触疲労強度が不足する原因の一つである。

b.歯車精度が悪い。ギヤの加工精度、組立精度が、かみ合い精度、運動精度が悪いなど、要求を満たしていない。円弧歯車のシェルの中心距離誤差が大きすぎる。

c.潤滑油が要件を満たしていない。使用する潤滑油の等級が不適切で、粘度が低く、潤滑性能が低い。

d.オイルレベルが高すぎる。油面が高すぎて油温が上昇し、潤滑油の粘度が低下し、潤滑性能が損なわれ、油膜の作用厚さが減少する。

4.7.2.2 解決策

歯面の硬度を向上させる、歯面の粗さを小さくする、変位係数をできるだけ大きくする、潤滑油の粘度を上げる、動荷重を小さくするなどは、歯面の疲労孔食を防ぐのに有効である。

4.7.3 ギアの摩耗

4.7.3.1 原因分析:

オイル不足;

潤滑油中に摩耗した金属片が存在することも、歯面摩耗の原因となります;

ギヤの材質が要件を満たしておらず、異常な摩耗や破損を引き起こしている;

歯車に砂穴、空気穴、ゆるみ、球状化不足などの欠陥がある;

熱処理における硬度不足、または熱処理が行われなかった場合;

ギヤの噛み合い精度、動作精度が要求を満たしていない;

円弧歯車は、中心距離の誤差、特に中心距離の前方誤差に非常に敏感であり、歯の曲げ強度を低下させるだけでなく、摺動摩耗を増加させる。

4.7.3.2 解決策

歯面の硬度を向上させ、表面粗さの値を下げ、伝動装置と潤滑油を清潔に保ち、十分な潤滑を確保し、潤滑油に適切な摩耗防止添加剤を加え、油タンク内に複数の磁性体を加え、磁気効果を利用して潤滑油中の金属粒子を吸着させ、潤滑油中の金属粒子の含有量を減らすことができる。

4.8 減速ギアシャフトシリーズ

4.8.1 原因分析

現場でのストリング軸の不具合は、すべて入力軸のストリング移動によって現れる。弦軸の主な原因は2つある:

a.入力シャフトが軸方向の拘束力を失い、シャフトのミスアライメントを引き起こすのは、歯の破損によるものである;

b.中間軸のドリブンギヤと軸との締結が緩いことが原因である。実際の変速機では、ドリブンギヤと中間軸の干渉が十分でないために、ドリブンギヤが中間軸に対して軸方向変位を生じ、それが入力軸の軸方向変位を引き起こすことが多い。

従って、十分な干渉がギアボックスの軸ひもの主な原因である。さらに、ギアボックスのステアリングもシリアルシャフトに一定の影響を与えます。

c.ギヤの加工偏差がシャフトのミスアライメントを引き起こす。中間軸のドリブンギヤの加工ズレは軸ズレの原因となります。歯車加工は外輪と端面の位置決めであり,歯車組立は内孔の位置決めである.内径穴が外径円と同心でなかったり、端面に対して垂直でなかったりすると、加工された歯車が内径穴の中心線からずれてしまうことがあります。このようなスキューヘリングボーン歯車は、中心線がある平面や軸に対して垂直ではありません。歯車が一回転すると、中心線上のある点で軸方向の往復運動をすることになり、入力軸も一回転して軸方向の往復運動をすることになります。

d.ギアの螺旋角の誤差がシャフトのミスアライメントを引き起こす。中間シャフトと出力シャフトの二股は、ヘリングボーンギアで駆動されています。実際の螺旋角の誤差により、ヘリングボーンギアは中心線とのアライメントが変化し、シャフトのミスアライメントが生じます。

e.減速機に正負のトルクがかかると、歯厚誤差、歯面の偏摩耗や早期摩耗、歯の裏面変形により軸ずれが発生する。

実際の変速機では、入力軸の場合、2つの半分の従動歯車の偏差の度合いが異なるため、軸方向の直列運動は、中間軸上の2つの半分の従動歯車の異なる偏差の度合いの複合作用の結果である。また、出力軸の従動歯車も歯車加工偏差による直列運動を起こします。しかし、出力軸は軸方向に固定されているため、中間軸を強制的に移動させ、それによって入力軸を強制的に直列移動させます。

4.8.2 解決策

ギヤの強度と製造精度を向上させ、ギヤとシャフトの粗さ値を低減する。従動歯車とシャフトの取り付け精度と気密性を向上させる最も重要な方法は、適度な干渉嵌合を実現することです。

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