帶式輸送機(jī)用減速機(jī)斷軸分析

摘要：帶式輸送機(jī)在使用過(guò)程中會(huì)遇到某些驅(qū)動(dòng)減速機(jī)的高速軸斷軸的情況，給用戶的安全生產(chǎn)造成一定的影響。帶式輸送機(jī)減速機(jī)的高速軸斷軸將給煤礦安全生產(chǎn)造成一定影響。文章結(jié)合實(shí)際案例，分析了斷軸的內(nèi)外部因素，并提出了避免和減少減速機(jī)軸斷軸的方法和措施。

關(guān)鍵詞：帶式輸送機(jī)；減速機(jī)；斷軸；高速軸；皮帶機(jī) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TH132 文章編號(hào)：1009-2374（2015）32-0145-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.32.078

帶式輸送機(jī)在使用過(guò)程時(shí)會(huì)遇到某些驅(qū)動(dòng)減速機(jī)的高速軸斷軸的情況，給用戶的安全生產(chǎn)造成一定的影響。斷軸時(shí)通常發(fā)生在高速軸端，而輸出軸卻很少斷軸，而且大多是垂直軸布置的減速機(jī)。嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生在幾條帶式輸送機(jī)上陸續(xù)斷軸或同一帶式輸送機(jī)上幾臺(tái)減速機(jī)陸續(xù)斷軸的現(xiàn)象，這種情況一般發(fā)生在所有斷軸的減速機(jī)是同一個(gè)供貨商的情況下。斷軸的斷裂處的茬口一般比較整齊，斷面一般垂直于軸的長(zhǎng)度方向。在井下大功率的帶式輸送機(jī)上發(fā)生斷軸的情況較多。下面就斷軸的機(jī)理和處理方法做一簡(jiǎn)要分析。

1 斷軸的外部因素

（1）所選減速機(jī)的承載能力不夠。帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)減速機(jī)選擇不當(dāng)，安全系數(shù)較小，當(dāng)帶式輸送機(jī)的實(shí)際使用功率超過(guò)減速機(jī)的承載能力后，在一定時(shí)間內(nèi)運(yùn)行就可能會(huì)使驅(qū)動(dòng)減速機(jī)的高速軸由于強(qiáng)度低而發(fā)生斷軸；（2）制動(dòng)輪和聯(lián)軸器的動(dòng)平衡不好。在電機(jī)軸和減速機(jī)軸之間通常安裝帶制動(dòng)輪的液力偶合器或其他形式的聯(lián)軸器，當(dāng)制動(dòng)輪和聯(lián)軸器的動(dòng)平衡不好、偏心嚴(yán)重時(shí)會(huì)使聯(lián)軸器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生較大的振動(dòng)。當(dāng)振動(dòng)載荷達(dá)到一定程度時(shí)，使減速機(jī)高速軸上產(chǎn)生較大應(yīng)力，從而發(fā)生斷裂；（3）安裝的同心度的偏差過(guò)大。在安裝高速端的液力偶合器和制動(dòng)輪時(shí)，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真仔細(xì)地調(diào)整減速機(jī)軸和電機(jī)軸之間的同心度，包括高度方向和角偏差。如果偏差過(guò)大，在運(yùn)行時(shí)會(huì)使減速器高速軸增加徑向載荷，加大軸上的彎矩，同時(shí)偶合器和制動(dòng)輪產(chǎn)生過(guò)大的震動(dòng)，長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)發(fā)生斷軸現(xiàn)象；（4）減速機(jī)本身的固定程度導(dǎo)致高速軸斷軸。驅(qū)動(dòng)裝置需要經(jīng)常檢查緊固件的緊固程度，通常由于振動(dòng)等外在因素，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)裝置連接件松動(dòng)，如不及時(shí)緊固，也可能會(huì)發(fā)生斷軸。

2 斷軸的內(nèi)在因素

（1）減速機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)軸斷裂處應(yīng)力過(guò)大。有些減速機(jī)軸直徑變化太大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上不合理，存在較大應(yīng)力；（2）減速機(jī)高速軸處軸肩處過(guò)渡圓角較小，使應(yīng)力集中，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生疲勞破壞；（3）減速機(jī)為垂直軸形式，第一級(jí)高速軸為傘齒輪軸，在傘齒輪支承軸承處過(guò)渡軸肩處出現(xiàn)較嚴(yán)重的應(yīng)力集中而發(fā)生疲勞破壞；（4）減速機(jī)為硬齒面減速機(jī)，減速機(jī)高速軸直徑較細(xì)，雖然計(jì)算強(qiáng)度時(shí)通過(guò)，但因?yàn)檩S本身很細(xì)，同樣在軸直徑變化處應(yīng)力集中嚴(yán)重并發(fā)生疲勞破壞，而且聯(lián)軸器、制動(dòng)器自身的重力，高速軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力以及安裝過(guò)程中的偏差而產(chǎn)生的附加徑向力相互疊加，比較集中地作用在懸臂較長(zhǎng)、直徑較小的減速器高速軸上，當(dāng)其彎扭組合應(yīng)力超出軸自身設(shè)計(jì)的安全應(yīng)力許用范圍，必然造成斷軸；（5）高速軸的熱處理質(zhì)量不合格，硬度分布不均勻，存在較大組織應(yīng)力；（6）高速軸的材料選用不當(dāng)。

3 實(shí)際案例

2015年3月22日，某礦發(fā)生皮帶機(jī)減速機(jī)高速軸斷裂事故。該皮帶機(jī)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1900m，實(shí)際鋪設(shè)1200m，巷道近似水平，采用平行布置的三套驅(qū)動(dòng)裝置。電機(jī)功率3*450kW，額定轉(zhuǎn)速1480r/min。高速端采用1120TBW-500型的帶制動(dòng)輪的蛇形彈簧聯(lián)軸器。采用進(jìn)口品牌的減速機(jī)，布置形式為垂直軸形式，傳動(dòng)比18，高速軸為錐齒輪軸，一端為圓錐齒輪，與二軸上的圓錐齒輪嚙全；另一端為帶鍵的光軸，與聯(lián)軸器連接。軸的材質(zhì)為18CrNiMo7-6，調(diào)質(zhì)處理。在使用近一個(gè)月之后，第二驅(qū)動(dòng)減速機(jī)高速端發(fā)生斷軸。更換減速機(jī)四天之后，第一驅(qū)動(dòng)減速機(jī)高速端又發(fā)生斷軸。兩次斷裂，均為高速軸在軸肩處橫向斷裂，斷口與軸線垂直，斷口基本呈一平面，大部分區(qū)域較為平坦，只在中間靠外一點(diǎn)有扭曲的痕跡。

經(jīng)了解，在第一次斷裂前兩天，曾發(fā)生聯(lián)軸器蛇簧斷裂的事故，只是礦方未加注意，同時(shí)，對(duì)一、三驅(qū)動(dòng)的高速端檢查發(fā)現(xiàn)，兩斷軸的聯(lián)軸器均存在不對(duì)中的現(xiàn)象。平行偏差約1.5～2.0mm?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)第一、三驅(qū)動(dòng)的高速端聯(lián)器做了調(diào)整，使其對(duì)中精度在允許范圍內(nèi)。

同時(shí)，該礦另一部同樣配置的皮帶機(jī)，在長(zhǎng)度、坡度、輸送量、帶速、帶強(qiáng)、電機(jī)功率等方面均相同，但減速機(jī)為另一進(jìn)口品牌。該機(jī)已使用一年時(shí)間，未發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題。而設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果也表明，減速機(jī)額定功率、額定扭矩滿足要求。為弄清楚事故發(fā)生的真正原因，將兩件斷軸送到北京的權(quán)威機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)減速器高速軸進(jìn)行材質(zhì)和機(jī)械性能檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)高速軸材質(zhì)（18CrNiMo7-6）化學(xué)成分和拉伸力學(xué)性能基本滿足要求，金相組織為正常的回火索氏體。非金屬夾雜物含量不高，低倍組織均勻，未檢查到異常的材料缺陷，均符合相關(guān)材料標(biāo)準(zhǔn)要求。減速器高速軸為低應(yīng)力下的高周旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞斷裂，起裂源位于鍵槽的棱邊應(yīng)力集中處，起裂源區(qū)沒(méi)有異常的材料缺陷。減速器高速軸為傳遞扭矩的零件，正常情況下是不承受或只承受很小彎曲應(yīng)力作用，從疲勞斷口的形貌分析，高速軸受到了較大的彎曲應(yīng)力作用，表明運(yùn)行過(guò)程中減速器沒(méi)有保持良好的對(duì)中。這一點(diǎn)從高速端蛇簧聯(lián)軸器斷裂和現(xiàn)場(chǎng)對(duì)聯(lián)軸器的調(diào)整也可看出。經(jīng)過(guò)對(duì)上述事故的金相分析和拉伸力學(xué)性能分析，判定如下：（1）高速軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞斷裂，彎曲應(yīng)力作用是軸發(fā)生疲勞斷裂的主要原因；（2）高速軸對(duì)中情況不好，使電機(jī)、減速機(jī)軸產(chǎn)生振動(dòng)；（3）軸的材料或熱處理不存在問(wèn)題。

4 避免和減少減速機(jī)軸斷軸的方法和措施

（1）減速機(jī)的選型應(yīng)有安全裕度。減速機(jī)應(yīng)有一定的安全系數(shù)，應(yīng)根據(jù)電機(jī)功率，按照減速機(jī)廠家提供的選型辦法對(duì)減速機(jī)的額定功率、額定輸出扭矩、熱容量等進(jìn)行校核，滿足使用要求或咨詢減速機(jī)廠家。其額定功率一般應(yīng)不小于電機(jī)功率的1.5倍；（2）安裝和維修時(shí)注意調(diào)整電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)的同心度，使其達(dá)到常規(guī)的要求。電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)之間保持較高的同心度，能保證驅(qū)動(dòng)裝置穩(wěn)定正常地運(yùn)行。當(dāng)兩軸不同心時(shí)，電機(jī)與減速器之間的聯(lián)軸器或帶制動(dòng)輪的聯(lián)軸器處會(huì)發(fā)出異常響聲，往往也伴有與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相同的振動(dòng)；（3）當(dāng)安裝空間允許時(shí)，盡量使用平行軸的減速機(jī)，而不使用垂直軸的減速機(jī)；（4）設(shè)法減少或控制液力偶合器和制動(dòng)輪的不平衡力矩的大??；（5）做好日常檢查，對(duì)電機(jī)、減速器緊固螺栓經(jīng)常檢查，一旦發(fā)現(xiàn)松動(dòng)，應(yīng)立即緊固。對(duì)高低速軸的聯(lián)軸器也應(yīng)經(jīng)常檢查，檢查其同軸度是否滿足要求。如不滿足，對(duì)高低方向的誤差可通過(guò)加減墊片的方法處理，對(duì)前后方向或端面不平行的誤差可通過(guò)調(diào)整電機(jī)、減速器四個(gè)角上的頂絲來(lái)處理。對(duì)減速器應(yīng)經(jīng)常檢查潤(rùn)滑油位，一般應(yīng)在油位尺的上下刻度線中間。減速器高速軸由于轉(zhuǎn)速高，更應(yīng)有良好的潤(rùn)滑。使用中也發(fā)生過(guò)因缺油造成高速軸或軸承損壞的情況。

通過(guò)上述方法基本上可以找到或解決帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)減速機(jī)高速軸的斷軸問(wèn)題。在工作頻繁的皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng)適當(dāng)配備必要的減速機(jī)備品備件，以便及時(shí)更換，以避免影響正常生產(chǎn)。

作者簡(jiǎn)介：張東軍（1970-），男，河北趙縣人，陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)華越機(jī)械有限公司技術(shù)中心機(jī)制工程師，研究方向：帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)與研發(fā)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）