脈沖冷焊在馬道頭煤礦提升機主軸軸頸磨損修復中的應用

劉智超

（大同煤礦集團馬道頭煤業(yè)有限公司，山西 大同 037003）

礦井提升機對礦井生產十分重要，，井工開采的各類礦井，人員與物料都是通過礦井主、副井的礦井提升機進行運輸，礦井提升機的性能對礦井的安全生產至關重要。如何完善設備維修方法，降低設備故障的維修時間和修復費用，提高設備可靠性，是重要研究方向。

1 提升機主軸軸頸磨損原因分析

馬道頭煤礦使用的主井提升機為洛陽礦山設備廠生產的2JK-3/20型礦用提升機。在使用中提升機轉動裝置軸承擋圈部分螺栓發(fā)生剪切破壞，通過測量，軸頸與軸承間存在0.7mm的間隙。根據現場勘查，出現問題的主井提升系統(tǒng)基礎周圍出現不同尺寸細小裂縫，大部分分布在基礎后方地板和正前方墻面處，同時根據四角測量法對主井下方基礎部分進行測量，發(fā)現基礎水平發(fā)生變化。

結合故障類型，判斷軸承擋圈部分螺栓剪斷應是基礎水平變形所引發(fā)的軸向推力導致的。該提升機由其他礦井調用而來，軸承沒有及時更換，長時間使用并伴隨井下潮濕環(huán)境，主軸軸頭部分發(fā)生侵蝕，形成較為明顯的麻點。

2 常見修復工藝及優(yōu)缺點

常見的修復軸頭方法主要有以下幾種：

（1）更換主軸。最為直接的方法是更換出現故障的提升機主軸，該方案可靠性較高，但是施工時間長，施工難度也較大，整個更換主軸費用過高。

（2）電刷鍍工藝。利用機械加工時電刷鍍技術，對磨損的傳動軸軸頸進行表面處理，將傳動軸尺寸恢復至設計尺寸。改方法較為成熟，并在常溫下進行操作，同時可根據需要加工構件類型，調整鍍層硬度和耐磨性。但是該方法在處理前應對構件表面進行處理，通常只適用于磨損厚度不超過0.2mm的情況。

（3）軸承位補焊修復法。該方法是通過電焊的方法填補被磨損轉軸的磨損凹陷區(qū)域，再次通過車床車削找圓恢復轉軸表面，該方法適用于磨損厚度約為1～2mm的情況。對磨損區(qū)域應先進行表面處理，再通過堆焊的方式填充磨損的轉軸軸頸，通常選取低氫型E5016或E5017焊條進行焊接。焊接過程中應避免使用大面積堆焊引發(fā)熱變形，應采用4分法對稱操作。為確保焊接質量，焊接時應沿上一道焊縫邊界并融化上一道焊縫大約1/2mm的距離。焊接同時應注意避免強制冷卻，導致補焊區(qū)域硬度增加，影響車床車削作業(yè)。

（4）軸頸紅裝鑲套修復法。該方法需要在傳動軸表面安裝一層與轉軸同等材料的鑲套，這樣主軸直徑增加比較明顯，所以一般在傳動軸磨損特別嚴重的情況下使用，通常磨損厚度＞2mm時，并且需要對磨損區(qū)域車床削薄，這要求該方法不能應用于直徑＜40mm的轉軸。

（5）定制軸承。對磨損主軸軸頸打磨或者通過車床切成磨損層，因此使用標準軸承會與軸徑降低的主軸間隙擴大，為保證運轉平穩(wěn)及設計配合公差要求，需要根據改變后主軸軸徑定制非標準軸承。這種方法缺點在于傳動軸軸徑降低，降低主軸剛性，同時定制軸承費用也較高，但是現場施工簡單，影響礦井生產的時間較短。

（6）脈沖冷焊法。在磨損軸頸表面包裹一層薄鋼板，并通過脈沖冷焊法對薄鋼板進點焊形成附著層，將傳動軸軸頸恢復成原設計尺寸，不過應注意軸承熱裝階段可能發(fā)生附著鋼板有翹曲，運轉會磨損軸承表面。優(yōu)點是操作簡單，費用較低，不降低傳動軸軸頸，但是耐久性較差。

（7）熱噴涂法。原多應用于加工金屬構件時表面處理，如噴丸法。將加熱金屬噴涂材料形成熔融狀微粒，然后通過動能以沖擊形式到達基體表面并沉附表面，形成較為穩(wěn)定的金屬涂層。為了達到尺寸要求公差范圍，對傳動軸進行熱噴涂時，應固定至專用傳動設備勻速轉動后方能進行噴涂操作，由于噴涂后表面加厚，需要在加工冷卻后對傳動軸進行車削找圓操作，最終達到設計要求。該方法應用較為成熟的金屬材料表面加工方法，需要特殊加工設備并相對費時。

（8）其他方案。其他不常使用的旋轉設備主軸的修復方法為激光熔覆法、電火花沉積堆焊法、振動電弧焊接等方法，也都有各自優(yōu)點和適用范圍。

3 處理工藝的選擇

在實際對轉軸軸頭修復過程中，方案的選取應本著可行性、可靠性、低費用、短周期的原則進行，同時考慮實際損傷情況對軸頭部分進行修復。由于需要進行修復的軸頭磨損厚度約為0.7mm，為了加快修復速度，并減少投入，選取脈沖冷焊法進行修復處理，減少大型托運設備和加工設備的使用，不用修復后進行車床加工。該方法比較于補焊、熱噴涂、電鍍等方法，不會產生太大熱量，適宜處理的損傷厚度范圍在微米和毫米范圍內都能進行。

4 現場施工與修復效果

4.1 施工過程

（1）準備階段。施工前應再次確認損傷程度，是否存在其他表面無法探查的暗傷，適宜通過無損傷檢測方法進行。準備階段的主要工作為利用滾筒托架工裝架起需要修復轉軸，滾筒的托起利用千斤頂和托架完成，托架高度在600mm左右，千斤頂通常為4個50t的液壓千斤頂。為了修復需要，滾筒鋼絲繩需要去除，同時打開軸承座兩側蓋子，并且與聯(lián)軸器內的齒輪分離，調節(jié)制動器處于最大間隙處，之后退出軸承，利用4個千斤頂托起托架。

（2）施工階段。修復開始前，再次通過千分尺對損傷磨損情況進行測量。轉軸損傷區(qū)域應當修磨成圓，由于不同區(qū)域如磨損厚度尺寸方面的磨損情況各不相同，對應不同區(qū)域處理上選擇對應厚度尺寸的薄鋼板進行，連接區(qū)域使用不同層數的薄鋼板進行，這樣到達最外層應盡量選擇為整個鋼板，避免最后鋼板由于尺寸差異導致起皮、翹曲等情況發(fā)生。整體修復完成后，進行冷焊修復后的轉軸應恢復成提升機原設計尺寸，同時將轉軸和軸承從新裝配回提升機時，也應滿足原設計標準，安裝完成的提升機應進行水平、中心度等測量。

（3）復驗。修復完成后，修復的轉軸重新安裝到提升機后，應定期檢查轉軸裝置中轉軸軸頸與軸承間間隙，重點查驗修復后軸頸的附著鋼板是否有起皮，運轉時是否有刷圈現象。

4.2 修復效果

修復之后，通過半年的跟蹤監(jiān)測發(fā)現，提升機運行狀態(tài)良好，沒有再出現軸承磨損破壞現象，提高了提升機運行可靠性。

5 結語

本文針對馬道頭煤礦主井提升機設備磨損故障，分析了磨損造成的原因，同時討論多種不同針對轉軸修復的方法，最終根據磨損特點選取脈沖冷焊法用于提升機裝置故障修復，修復后提升機運行良好。