刮板輸送機(jī)電機(jī)抱軸故障分析與對(duì)策

徐慶華

（黃石理工學(xué)院，湖北 黃石435003）

某煤礦一臺(tái)刮板輸送機(jī)，輸送量為150t/h，配套電機(jī)功率40k W，額定電壓380 V。2008年，該電機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)軸伸端軸承異常振動(dòng)，溫度急劇升高，并伴有焦糊味煙氣冒出。維修人員對(duì)電機(jī)進(jìn)行解體檢查發(fā)現(xiàn)，電機(jī)軸伸端軸承燒損，軸承架、滾動(dòng)體磨損嚴(yán)重，軸承外圈局部變?yōu)樗{(lán)色，軸承內(nèi)圈與電機(jī)轉(zhuǎn)子抱死，并伴有多處點(diǎn)狀磨痕和裂紋。

這是一起典型的電機(jī)抱軸故障。據(jù)調(diào)查，類似刮板輸送機(jī)電機(jī)故障，在大、中型煤礦中時(shí)有發(fā)生，其根源在于煤礦井下生產(chǎn)環(huán)境的特殊性決定的。軸承損壞致使電機(jī)定、轉(zhuǎn)子磨擦，引起鐵芯溫度急劇上升，燒毀匝間絕緣，從而造成繞組匝間短路，嚴(yán)重時(shí)使定子鐵芯倒槽、錯(cuò)位，轉(zhuǎn)軸磨損直至電機(jī)報(bào)廢，影響刮板輸送機(jī)的正常運(yùn)行。

1 故障機(jī)理分析

（1）電機(jī)軸承內(nèi)圈和轉(zhuǎn)軸為過盈配合，兩接觸表面沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，由于潤(rùn)滑效率降低、安裝或維護(hù)保養(yǎng)不良，尤其電機(jī)在輸送間斷煤料作用下拖動(dòng)不均勻負(fù)載后，過盈面出現(xiàn)小幅的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，接觸面的接觸壓力使結(jié)合表面微凸體產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)塑性變形足夠大時(shí)，發(fā)生金屬粘連。在外界小幅振動(dòng)的反復(fù)作用下，粘連點(diǎn)被剪切，粘附金屬脫落。由于兩表面配合緊，磨屑很難排出，從而加速了微動(dòng)磨損的進(jìn)程。在連續(xù)高速運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，一直重復(fù)著粘連、剪切和剝落過程，最終導(dǎo)致軸承磨損失效而發(fā)生抱軸故障。

（2）軸電壓影響。正常情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)軸與軸承間有起著絕緣作用的潤(rùn)滑油膜。對(duì)于較低的軸電壓，這層潤(rùn)滑油膜仍能保持其絕緣性能。當(dāng)軸電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，尤其在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，軸承內(nèi)的潤(rùn)滑油膜還未穩(wěn)定形成，軸電壓將油膜擊穿，在轉(zhuǎn)軸、軸承座和底板構(gòu)成回路產(chǎn)生軸電流。軸電流從軸承和轉(zhuǎn)軸的金屬接觸點(diǎn)通過，由于該金屬接觸點(diǎn)很小，電流密度大，瞬間產(chǎn)生高溫致使軸承局部燒熔，被燒熔的軸承合金在碾壓力的作用下，在軸承內(nèi)表面燒出小凹坑。通常轉(zhuǎn)軸硬度及機(jī)械強(qiáng)度比軸承燒熔合金高，其結(jié)果使軸承內(nèi)表面及內(nèi)外圈跑道被壓出條狀燒傷痕跡，嚴(yán)重時(shí)造成配合副粘合抱死，同時(shí)其表面伴有麻點(diǎn)和裂紋出現(xiàn)。

2 影響刮板輸送機(jī)電機(jī)抱軸失效因素

2.1 軸承裝配不當(dāng)

冷裝時(shí)，不均勻敲擊軸承內(nèi)圈使軸受到磨損，導(dǎo)致軸承內(nèi)圈與軸頸配合失去過盈量或過盈量變小，出現(xiàn)走內(nèi)圈現(xiàn)象；裝電機(jī)端蓋時(shí)，不均勻敲擊，導(dǎo)致軸承端蓋內(nèi)圓與軸承外圈配合過松出現(xiàn)走外圈現(xiàn)象。無論走內(nèi)圈還是走外圈，均會(huì)引起軸承運(yùn)行溫度急劇上升，特別是走內(nèi)圈會(huì)造成轉(zhuǎn)軸嚴(yán)重磨損和軸承抱死。另一種情形是，軸承與軸、軸承與端蓋裝配過緊或過盈量大，使軸承變形和橢圓度超標(biāo)，引起軸承游隙過小或不均勻，導(dǎo)致軸承運(yùn)行時(shí)摩擦力增加而溫度急劇上升。

2.2 額外振動(dòng)因素

電機(jī)與刮板輸送機(jī)的軸心線不對(duì)中或軸線傾斜，引起機(jī)組運(yùn)行時(shí)的干擾力，使機(jī)組產(chǎn)生與電機(jī)轉(zhuǎn)速相同的角頻率的振動(dòng)。軸頸橢圓的電機(jī)在旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子重力而產(chǎn)生干擾振動(dòng)，其振動(dòng)頻率應(yīng)是雙倍頻振動(dòng)。轉(zhuǎn)軸彎曲亦會(huì)造成一個(gè)不平衡重量，以角速度ω圍繞靜平衡位置旋轉(zhuǎn)，其結(jié)果和轉(zhuǎn)子不平衡時(shí)完全相同。這種額外的振動(dòng)和干擾力，嚴(yán)重影響電機(jī)軸承的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3 潤(rùn)滑不合理

潤(rùn)滑油選擇不當(dāng)，使用劣質(zhì)潤(rùn)滑油，或者不同型號(hào)潤(rùn)滑油脂混用，則會(huì)使?jié)櫥Ч患?。同時(shí)，電機(jī)長(zhǎng)期在井下潮濕、多粉塵環(huán)境下工作，潤(rùn)滑油變質(zhì)并破壞油膜，達(dá)不到潤(rùn)滑和散熱效果，零件很容易發(fā)生膠合，摩擦溫度過高引起滾動(dòng)體回火而導(dǎo)致軸承早期損壞。另外，不按規(guī)定時(shí)間和周期加注潤(rùn)滑油，或潤(rùn)滑油量未滿足要求，均使運(yùn)動(dòng)表面完全失去油膜保護(hù)，滾動(dòng)體與滾道之間產(chǎn)生干摩擦，溫度升高導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)表面損壞。

2.4 軸電壓危害

軸電壓是電機(jī)兩軸承端或電機(jī)轉(zhuǎn)軸與軸承間所產(chǎn)生的電壓。軸電壓產(chǎn)生的原因有：由于磁路磁場(chǎng)不平衡，有與轉(zhuǎn)軸相交鏈的旋轉(zhuǎn)磁通存在；當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生接地故障，有接地電流產(chǎn)生；轉(zhuǎn)軸上有剩余磁通，起單極發(fā)電機(jī)作用；鐵芯材料方向性引起磁路的磁阻不均等。

3 預(yù)防刮板輸送機(jī)電機(jī)抱軸的技術(shù)措施

3.1 科學(xué)選型

基于刮板輸送機(jī)的工作場(chǎng)合，選型時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）選用密封性能好的電機(jī)和軸承，防止環(huán)境污染，避免礦井粉塵進(jìn)入，確保軸承內(nèi)部的清潔。

（2）選用冷卻電機(jī)軸承裝置，改善電機(jī)工作條件。通過冷卻水對(duì)電機(jī)軸承進(jìn)行有效冷卻，這樣可以降低軸承運(yùn)行溫度，并且得到良好的潤(rùn)滑，延長(zhǎng)軸承的使用壽命。

（3）電機(jī)負(fù)荷側(cè)的軸承宜選用較大的輕型滾珠軸承，而空載側(cè)則選用比負(fù)荷側(cè)小的輕型滾子軸承，這樣不但保證了軸承的承載能力，而且軸承的允許轉(zhuǎn)速大大超過了電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，達(dá)到或超過軸承的額定使用壽命。

3.2 控制安裝質(zhì)量

組裝電機(jī)時(shí)，一定要保證定、轉(zhuǎn)子鐵芯對(duì)中，不得錯(cuò)位，安裝軸承前，應(yīng)先對(duì)其完好性進(jìn)行仔細(xì)的檢查。裝配軸承，一般采用敲擊法或熱套法，前者應(yīng)墊銅棒或鋼管，鋼管內(nèi)徑略大于軸徑；熱套法則將軸承放在干凈的機(jī)油中加熱至100～110℃，然后從油中取出，盡快裝到軸上，并進(jìn)行軸向緊固，確保軸承的裝配精度。軸承腔內(nèi)不能留有任何雜質(zhì)，填加潤(rùn)滑油脂時(shí)必須保證潔凈。

3.3 保持良好的潤(rùn)滑狀態(tài)

潤(rùn)滑質(zhì)量是電機(jī)軸承正常運(yùn)行的關(guān)鍵，對(duì)軸承磨損、散熱、防銹、密封、緩沖等均起到影響作用。正確選擇潤(rùn)滑油種類，按照電機(jī)轉(zhuǎn)速及負(fù)荷大小等運(yùn)行條件進(jìn)行選型。潤(rùn)滑油脂的粘度是形成潤(rùn)滑油膜的基本因素，對(duì)中負(fù)荷、中轉(zhuǎn)速工況，選用中粘度潤(rùn)滑油脂；對(duì)重負(fù)荷、低轉(zhuǎn)速工況，選用高粘度潤(rùn)滑油脂；對(duì)低負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速工況，選用低粘度潤(rùn)滑油脂。

3.4 運(yùn)行與維護(hù)要求

（1）按照煤炭運(yùn)輸崗位作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，定期對(duì)電機(jī)軸承進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，保持電機(jī)外殼潔凈，通風(fēng)、冷卻裝置不能有積垢。電機(jī)運(yùn)行過程中，潤(rùn)滑油脂的性能會(huì)發(fā)生變化，因此需定期更換，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)加入潤(rùn)滑油脂，潤(rùn)滑脂的填充量為軸承腔容積的1/2～2/3，潤(rùn)滑油脂過量則會(huì)出現(xiàn)漏油。以球軸承直徑系列4為例，更換潤(rùn)滑脂周期T=105×106/K n6d

式中：n-轉(zhuǎn)速，r p m；d-軸承內(nèi)徑，mm；K-常數(shù)，直徑系列4取值1.2。

（2）定期校核電機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡，防止因軸彎曲、軸頸磨損、軸裂紋和轉(zhuǎn)子斷裂等因素而產(chǎn)生額外的振動(dòng)。同時(shí)，檢查電機(jī)軸承是否有剝落、壓痕、銹蝕、裂紋、磨損等現(xiàn)象，因?yàn)檎駝?dòng)對(duì)這些損傷因素很敏感。電機(jī)振動(dòng)值應(yīng)控制在表1規(guī)定的范圍內(nèi)。

表1 電機(jī)振動(dòng) （雙振幅）允許值

3.5 加強(qiáng)溫度監(jiān)測(cè)

溫度是表征刮板輸送機(jī)是否正常運(yùn)行的重要參數(shù)之一，通過溫度監(jiān)測(cè)，可以早期發(fā)現(xiàn)電機(jī)及軸承潛在問題，避免因電機(jī)軸承破壞所造成的非計(jì)劃性停機(jī)。通常，電機(jī)軸承的溫度隨著運(yùn)轉(zhuǎn)開始逐漸上升，1～2h后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，如果電機(jī)軸承溫度急驟上升，此時(shí)必須停止輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，并檢查電機(jī)軸承及負(fù)載情況。

常用的溫度監(jiān)測(cè)方法，除了直接手摸感觸外，可以借助于紅外線測(cè)溫儀等儀器檢測(cè)。另外，還可以對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)安裝溫度巡檢儀，利用溫度傳感器對(duì)電機(jī)定子和軸承溫度時(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.6 消除軸電流

（1）在軸端安裝接地碳刷，使接地碳刷可靠接地，且與轉(zhuǎn)軸可靠接觸，保證轉(zhuǎn)軸電位為零電位，以降低軸電位。

（2）為防止磁不平衡等原因產(chǎn)生軸電流，可以在非軸伸端的軸承座與底板之間墊以絕緣墊板，軸承固定螺釘對(duì)軸承座絕緣，以切斷軸電流回路。

（3）為了避免其他電機(jī)附件導(dǎo)線絕緣破損造成的軸電流，要求運(yùn)行維修人員細(xì)致檢查導(dǎo)線或墊片絕緣情況，以消除不必要的軸電流隱患。

4 結(jié)語

隨著現(xiàn)代煤炭工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，刮板輸送機(jī)拖動(dòng)電機(jī)的功率也越來越大。綜上分析，刮板輸送機(jī)電機(jī)抱軸故障系軸承裝配不當(dāng)、額外振動(dòng)、潤(rùn)滑不良、軸電流因素所致。為此，應(yīng)重點(diǎn)在選型、安裝與裝配、潤(rùn)滑、運(yùn)行與維護(hù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、消除軸電流等方面，采取可靠的技術(shù)措施，確保煤礦設(shè)備的安全運(yùn)行。

再創(chuàng)底盤二次壽命，實(shí)現(xiàn)高效采礦低耗運(yùn)營(yíng)—— 威斯特中國(guó)卡特彼勒大型推土機(jī)底盤專題研討會(huì)在鞍山順利召開

日前，威斯特中國(guó)卡特彼勒大型推土機(jī)底盤專題研討會(huì)在遼寧鞍山舉辦，向礦山行業(yè)介紹卡特彼勒在業(yè)界率先推出的推土機(jī)底盤管理服務(wù)及卡特彼勒代理商專有的定制履帶服務(wù) （CTS）。該項(xiàng)新服務(wù)能實(shí)現(xiàn)底盤的二次使用壽命，顯著降低推土機(jī)設(shè)備的每小時(shí)運(yùn)營(yíng)成本，在國(guó)外礦山用戶中廣受贊譽(yù)。對(duì)于中國(guó)的大型礦山企業(yè)，這是一項(xiàng)全新但客戶增值顯著的服務(wù)項(xiàng)目，正收到越來越多中國(guó)用戶的的關(guān)注。

來自包括神華、中煤、華能、霍林河、中鋁、首鋼、鞍鋼、本鋼等下屬大型礦山，共21名設(shè)備管理部門領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)專家們參加了這次的底盤研討會(huì)。研討會(huì)中重點(diǎn)推出的卡特彼勒代理商專有的定制履帶服務(wù) （CTS），可以利用高科技儀器，如超聲波指示器等來檢測(cè)底盤各部件的磨損情況，通過系統(tǒng)軟件分析預(yù)測(cè)底盤系統(tǒng)的使用壽命，并制定服務(wù)項(xiàng)目和使用時(shí)間，以有效地管理和降低客戶運(yùn)營(yíng)成本。而卡特彼勒代理商基于CTS的檢測(cè)結(jié)果，嚴(yán)格按照卡特彼勒的相關(guān)維修工藝，使用專業(yè)的設(shè)備和工具進(jìn)行的翻套、支重輪調(diào)換、重焊履齒、四輪一帶的修復(fù)等一系列底盤服務(wù)，能最大限度地延長(zhǎng)鏈軌和履帶板的使用壽命，使底盤的系統(tǒng)壽命翻倍。其中維修后的底盤壽命可延長(zhǎng)一倍而相關(guān)的底盤服務(wù)費(fèi)用只占傳統(tǒng)方式更換新零部件費(fèi)用的20%左右，大大減少了設(shè)備每小時(shí)的運(yùn)營(yíng)成本。

目前，威斯特中國(guó)已為神華準(zhǔn)格爾煤礦完成了中國(guó)的第一臺(tái)卡特D11T大型推土機(jī)定制履帶服務(wù)和底盤管理服務(wù)。