主斜井帶式輸送機(jī)故障分析

任艷芳，張鵬展，侯延川

（三門(mén)峽化工機(jī)械有限公司，河南三門(mén)峽 472000）

0 引言

屯蘭礦主斜井帶式輸送機(jī)投產(chǎn)時(shí)其工作基本正常，但由于使用中經(jīng)常出現(xiàn)緊急停車(chē)、帶負(fù)荷啟動(dòng)等現(xiàn)象，當(dāng)輸送機(jī)運(yùn)行約一年半以后，其故障不斷，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：減速器溫升過(guò)高；Ⅲ軸齒輪齒面剝落和折斷；油壓盤(pán)閘制動(dòng)系統(tǒng)工作不正常；控制系統(tǒng)工作不正常。

1 主要故障現(xiàn)象

1.1 減速器溫升過(guò)高

1.2 Ⅲ軸齒輪齒面剝落和折斷

輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置中有3 臺(tái)減速器不同程度地發(fā)生Ⅲ軸齒輪齒面大面積剝落甚至折斷。

1）斷口分析。通過(guò)觀察失效的齒輪，其齒面剝落集中于齒面的一端，約占一半齒寬，說(shuō)明齒面嚙合不均勻，偏超載嚴(yán)重，可能與齒形精度及裝配有關(guān)。經(jīng)觀察剝落坑，其形狀不規(guī)則多呈片狀坑，范圍在5～15mm 不等，坑深1.5～2.5mm 不等，有宏觀接觸疲勞斷口特征，屬壓碎型接觸疲勞剝落。同時(shí)對(duì)剝落齒試樣及其他齒面剝落均用掃描電鏡進(jìn)行端口微觀分析，發(fā)現(xiàn)這些齒面剝落坑是通過(guò)疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展形成的。

通過(guò)分析材料的夾雜物，認(rèn)為該齒輪過(guò)早齒面剝落失效主要材質(zhì)原因是滲碳硬化層厚度太薄、滲碳層硬度及齒芯硬度較低，同時(shí)材料中嚴(yán)重氧化物夾雜加速裂紋萌生和發(fā)展也是齒面剝落的一個(gè)重要原因。

2）齒輪硬化層及硬度分析。對(duì)兩種失效齒輪切制單齒試樣，用磨光腐蝕法將齒廓表層的滲碳層硬化層和淬火層顯示出來(lái)，可以直觀地測(cè)量硬化層的分布、厚度及硬度。通過(guò)觀察可以看出，20GrMnMo 齒輪的滲碳硬化層分布基本均勻但厚度不夠，只有1.6mm，未能達(dá)到抗齒面剝落的滲碳層要求；40Cr 齒輪的淬火硬化層分布很不均勻，不僅下齒廓齒根部分沒(méi)有硬化層，而且上齒廓兩面硬化層厚度也不一樣，相差一倍左右，其嚙合工作面的硬化層最薄，只有1.0mm 的厚度，在高負(fù)荷下根本不能滿足抗齒面剝落的要求。造成這一現(xiàn)象的主要原因與感應(yīng)淬火裝置的設(shè)計(jì)及工藝不當(dāng)有關(guān)。齒根處看不到硬化層，說(shuō)明此處未能感應(yīng)淬火，是感應(yīng)淬火的過(guò)渡區(qū)，隱存有淬火殘余拉應(yīng)力，容易引發(fā)齒根疲勞斷裂。

1.3 油壓盤(pán)閘制動(dòng)系統(tǒng)工作不正常

由于盤(pán)閘二級(jí)制動(dòng)失靈，常常產(chǎn)生緊急制動(dòng)，使傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大沖擊載荷，這是導(dǎo)致齒輪齒面損壞的直接原因。

而有時(shí)液壓站壓力偏低，制動(dòng)閘不能完全松開(kāi)，使輸送機(jī)超負(fù)荷運(yùn)行。如出現(xiàn)制動(dòng)閘長(zhǎng)時(shí)間在未完全松閘狀態(tài)下工作，使制動(dòng)盤(pán)產(chǎn)生發(fā)熱甚至燒紅現(xiàn)象。

1.4 控制系統(tǒng)工作不正常

輸送機(jī)產(chǎn)生緊急制動(dòng)后，控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)立即停止驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)工作，由于控制參數(shù)調(diào)整不當(dāng)，常發(fā)生驅(qū)動(dòng)滾筒停止運(yùn)行時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)仍然運(yùn)轉(zhuǎn)的不正?，F(xiàn)象。

在對(duì)主斜井皮帶故障分析及提出改造方案的過(guò)程中，對(duì)主斜井的皮帶參數(shù)重新進(jìn)行了計(jì)算，同時(shí)對(duì)皮帶減速器Ⅲ軸齒輪齒面提取了樣本，通過(guò)儀器分析失效原因，最終做出了整改方案。

學(xué)生出示按要求變化后的圖形(圖略)，教者結(jié)合圖形用動(dòng)畫(huà)演示，引導(dǎo)同學(xué)們后得出相關(guān)結(jié)論仍然成立．(詳細(xì)過(guò)程略)

2 改進(jìn)措施

1）重新確定滲碳厚度及芯部硬度。

從齒輪齒面剝落及斷齒失效分析可以看出，該減速器齒輪的材質(zhì)問(wèn)題及其加工工藝不當(dāng)是產(chǎn)生齒面剝落的重要原因。該齒輪工作負(fù)荷很重，材料選擇、滲碳厚度及芯部硬度應(yīng)重新設(shè)計(jì)確定。

2）改變2#驅(qū)動(dòng)滾筒的直徑。

主斜井帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1 所示。當(dāng)兩主動(dòng)滾筒存在有速度差，即1#和2#電機(jī)拖動(dòng)的Ⅰ#驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)速大于3#電機(jī)驅(qū)動(dòng)的Ⅱ#滾筒轉(zhuǎn)速時(shí)，張力變?yōu)椋篠3≤S2。

表1 帶式輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)表

圖1 主斜井帶式輸送機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)圖

當(dāng)3# 電機(jī)出力較小，且負(fù)載越大時(shí)，表現(xiàn)越嚴(yán)重，所以應(yīng)改變Ⅱ#驅(qū)動(dòng)滾筒的直徑，消除兩驅(qū)動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)速差，從而使兩電機(jī)負(fù)載趨于平衡。

3）機(jī)尾拉緊裝置拉緊力的確定。

機(jī)尾拉緊裝置拉緊力過(guò)大，會(huì)增長(zhǎng)輸送帶的張力，使驅(qū)動(dòng)裝置電動(dòng)機(jī)負(fù)荷增大，驅(qū)動(dòng)滾筒及其改向滾筒的軸承負(fù)荷力加大，并且嚴(yán)重影響輸送帶的使用壽命；而機(jī)尾拉緊裝置拉緊力過(guò)小，會(huì)影響輸送機(jī)工作的平穩(wěn)性，因此必須合理確定機(jī)尾拉緊裝置的拉緊力。

拉緊裝置的配重應(yīng)在重載的情況下合理選擇，應(yīng)該在重載運(yùn)行時(shí)，改變配重（從大到?。?，觀察記錄各電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，并選擇最佳配重。

4）驅(qū)動(dòng)裝置減速器冷卻和潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)置。

通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置減速器的熱平衡計(jì)算可以得出，僅僅依靠減速器箱體表面的散熱面積進(jìn)行熱交換，不能夠保證潤(rùn)滑油的工作溫度。

圖2

采用蛇形管式冷卻器，由于箱體內(nèi)鋪設(shè)蛇形管長(zhǎng)度的限制，其散熱面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到熱平衡的要求?？梢圆捎萌鐖D2 所示的強(qiáng)制式冷卻和潤(rùn)滑系統(tǒng)，可以保證該驅(qū)動(dòng)裝置減速器潤(rùn)滑油工作溫度不超過(guò)65℃。同時(shí)由于系統(tǒng)中采用了超強(qiáng)磁過(guò)濾器和過(guò)濾比很高的超精細(xì)過(guò)濾器，完全可以保證驅(qū)動(dòng)減速器潤(rùn)滑油的清潔度，以減少齒輪和軸承的磨損。

5）水平緩沖煤倉(cāng)的設(shè)計(jì)。

在綜合機(jī)械化礦井基本生產(chǎn)系統(tǒng)中，地面運(yùn)輸系統(tǒng)是煤流的最后環(huán)節(jié)，其功能與工作面系統(tǒng)、井下運(yùn)輸系統(tǒng)等為串聯(lián)關(guān)系，因此，地面運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性具有重要影響。

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)分析及其計(jì)算說(shuō)明，主斜帶式輸送機(jī)頻繁的重載啟動(dòng)及其停車(chē)，是輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置減速器損壞的直接原因。因此，在輸送機(jī)卸載點(diǎn)與選煤樓帶式輸送機(jī)之間設(shè)置水平緩沖煤倉(cāng)，可以從根本上解決主斜井輸送機(jī)重載停車(chē)與重載啟動(dòng)的問(wèn)題。

6）潤(rùn)滑油的污染控制及其主動(dòng)預(yù)防性維護(hù)策略。

由于油液的污染引起理化性能劣化，污染磨損引起系統(tǒng)過(guò)熱，從而使機(jī)器的工作可靠性大大降低，如果不及時(shí)采取糾正措施，則將引起材料的磨損、工作性能下降，最終導(dǎo)致機(jī)器的完全失效。

為了控制油液的污染采取以下措施：（1）加強(qiáng)對(duì)油質(zhì)的管理，以降低污染物的侵入率；（2）嚴(yán)格執(zhí)行正常的油脂化驗(yàn)制度，對(duì)油液的污染度、黏度、水分等指標(biāo)進(jìn)行定期測(cè)試；（3）選用性能可靠的精細(xì)過(guò)濾器，以提高系統(tǒng)對(duì)污染物的濾除能力；（4）對(duì)系統(tǒng)及其油箱進(jìn)行定期清洗。

7）合理啟動(dòng)時(shí)間的確定。

根據(jù)帶式輸送機(jī)起動(dòng)張力不超過(guò)輸送帶額定張力的140%～180%，同時(shí)通過(guò)公式計(jì)算得出帶式輸送機(jī)的起動(dòng)時(shí)間控制在12.5s 左右較為合理。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)特性失效分析以及油質(zhì)電氣參數(shù)的分析檢測(cè)表明，進(jìn)行主斜井帶式輸送機(jī)的技術(shù)改造是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須從調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)入手，采用驅(qū)動(dòng)裝置減速器的整體修復(fù)、減速器冷卻和潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)置、設(shè)置水平緩沖煤倉(cāng)、減速器潤(rùn)滑油的污染控制及其它技術(shù)改造措施，方可確保主斜井帶式輸送機(jī)安全可靠運(yùn)行，避免設(shè)備損壞和重大人身傷亡，確保礦井的安全正常生產(chǎn)。

［1］賈悅謙，伊常德，朱培華，等.綜采技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1997.

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［4］雷天覺(jué).液壓工程手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.