礦用帶式輸送機(jī)減速機(jī)斷軸原因分析與改進(jìn)措施研究

姚少波

（長(zhǎng)治市潞安漳村恒達(dá)工貿(mào)有限公司，山西長(zhǎng)治 046032）

0 引言

礦用帶式輸送機(jī)中采用的減速機(jī)連接軸經(jīng)常會(huì)發(fā)生斷裂，一旦產(chǎn)生這個(gè)故障，就必須停止運(yùn)行，并及時(shí)更換維修，進(jìn)而使主煤運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)行效率不斷降低。在2018年6月，潞安集團(tuán)中某個(gè)礦井的運(yùn)行值班人員在P2A皮帶機(jī)頭端發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)突然發(fā)生了劇烈的振動(dòng)現(xiàn)象，隨后檢修人員發(fā)現(xiàn)減速機(jī)的輸入軸出現(xiàn)斷裂故障，長(zhǎng)度大約為20 mm。為了將減速機(jī)出現(xiàn)的斷軸故障加以改善，技術(shù)部門對(duì)連接軸的材料、安裝等多個(gè)因素進(jìn)行了分析，積極尋找發(fā)生斷裂的原因，采取有效措施，延長(zhǎng)連接軸的使用年限，促使主運(yùn)輸系統(tǒng)可以持續(xù)、穩(wěn)定地運(yùn)行[1]。

1 減速機(jī)斷軸的技術(shù)分析

該礦井所使用帶式輸送機(jī)中的減速機(jī)大多以進(jìn)口的硬齒面產(chǎn)品為材料來(lái)進(jìn)行制作，采取強(qiáng)制性冷卻的方式。液力耦合器的緩沖性能較高、過(guò)載系數(shù)較低，與電動(dòng)機(jī)相互合作，不僅可以使皮帶機(jī)的滿載啟動(dòng)，而且可以使皮帶在不改變張力的條件下滿足各個(gè)工況下的穩(wěn)定運(yùn)行[2]。帶式輸送機(jī)電動(dòng)機(jī)、彈性節(jié)液力耦合器、減速器的構(gòu)造如圖1所示。

圖1 電機(jī)與減速器裝配示意圖

1.1 理化分析

對(duì)于斷軸的各個(gè)化學(xué)組成，可以運(yùn)用金屬化學(xué)成分光譜分析儀來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。其結(jié)果表明：鐵、鉻兩種元素的含量分別為96.8%和1.35%，而銅、錳、碳、鎳等元素的含量均低于0.04%。這個(gè)結(jié)果顯示，斷軸的化學(xué)構(gòu)成與國(guó)家高承載力輸入軸的材料標(biāo)準(zhǔn)相吻合[3]。

1.2 探傷檢測(cè)

對(duì)于斷軸的內(nèi)部構(gòu)造，可以運(yùn)用超聲波無(wú)損檢測(cè)探傷設(shè)備來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)果顯示斷軸內(nèi)部并不存在制造或鑄造的缺陷，由此可知斷軸的產(chǎn)生并非因?yàn)殍T造階段的內(nèi)部缺陷問(wèn)題[4]。

1.3 斷口分析

通過(guò)對(duì)斷軸中端口的位置及形狀進(jìn)行分析可知，斷裂狀況發(fā)生于其中一個(gè)軸承的中間部位，呈現(xiàn)出貝殼形，初步判斷為疲勞斷裂，大約在50 mm寬的外圈中存在裂紋拓展區(qū)，直徑處于30 mm之內(nèi)的范圍內(nèi)是瞬斷區(qū)，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中形成的強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)所得的疲勞強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)40Cr鋼的化學(xué)成分進(jìn)行分析之后，其各個(gè)成分的含量均處于標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。基于斷軸的各個(gè)截面，通過(guò)開(kāi)展金相及拉仲試驗(yàn)可知，脆性?shī)A雜物大多是3級(jí)或4級(jí)，與標(biāo)準(zhǔn)不相符，金相組織為鐵素體+珠光體，體積分?jǐn)?shù)處于10%～20%之間，并未實(shí)現(xiàn)所有的索氏體組織。通過(guò)開(kāi)展低倍檢驗(yàn)可知：橫截面的疏松狀況較為嚴(yán)重，在軸3/4的部位疏松較為密實(shí)，產(chǎn)生了寬度約為50 mm的疏松帶。這就表示早期形成斷軸的因素為材料問(wèn)題。

1.4 應(yīng)力參數(shù)

為了對(duì)帶式輸送機(jī)的傳動(dòng)參數(shù)進(jìn)行分析，并加以明確，可通過(guò)對(duì)徑向剪應(yīng)力、斷點(diǎn)的應(yīng)力等多個(gè)數(shù)值進(jìn)行分析，結(jié)果可知，當(dāng)該減速機(jī)的傳動(dòng)體系正常運(yùn)行時(shí)，斷裂處將會(huì)受到較大的拉應(yīng)力，導(dǎo)致減速軸逐漸與中心線相偏離，從而形成了過(guò)大的剪應(yīng)力，并與拉應(yīng)力相互作用，使減速軸受到了相應(yīng)的疲勞應(yīng)力，最終導(dǎo)致連接軸出現(xiàn)斷裂[5]。

1.5 液力耦合器

液力耦合器具有較大的自重。在之前所運(yùn)用的安裝方式中，該設(shè)備位于減速機(jī)的一端。這種形式將會(huì)使減速軸受到一個(gè)較大的徑向應(yīng)力，并作用在減速機(jī)的輸出部位，導(dǎo)致連接軸不具備均勻的受力、動(dòng)平衡較差，處于這種狀態(tài)下極易導(dǎo)致斷軸問(wèn)題的發(fā)生。

在裝配連接軸、電機(jī)和液力耦合器的過(guò)程中形成了過(guò)大的偏差，連接軸與耦合器之間缺少一致的同心度，剪應(yīng)力會(huì)因連接軸自身所具有的應(yīng)力而急劇上升，導(dǎo)致連接軸出現(xiàn)斷裂問(wèn)題[6]。

2 改進(jìn)措施

對(duì)于造成減速機(jī)斷軸問(wèn)題的各個(gè)原因，可以運(yùn)用下列幾點(diǎn)措施來(lái)加以改進(jìn)。

（1）提高設(shè)備裝配的精準(zhǔn)度。在對(duì)減速設(shè)備進(jìn)行安裝時(shí)，采取百分表來(lái)核驗(yàn)聯(lián)軸器、電機(jī)和液力耦合器的中心線，使三者維持相同的中心線，與軸度之間形成的偏差應(yīng)當(dāng)處于i 0.01 mm之內(nèi)，避免剪應(yīng)力因附加應(yīng)力的增加而急劇上升。

（2）帶式輸送機(jī)過(guò)于頻繁的啟動(dòng)與停止也會(huì)使減速軸產(chǎn)生一定的沖擊力，在開(kāi)展重載作業(yè)的過(guò)程中必須保持連續(xù)性，不能任意啟停設(shè)備。

（3）將液力耦合器安裝部位進(jìn)行調(diào)整，使其處于電機(jī)輸出軸的一端，促使電機(jī)減速軸和輸出軸的承載力均勻的分布于連接軸中，通過(guò)采取這一措施可以有效減少連接軸的受力狀況，盡可能避免連接軸斷裂的問(wèn)題產(chǎn)生[7]。

（4）對(duì)減速機(jī)及連接軸進(jìn)行嚴(yán)格的檢查及保養(yǎng)，并定期更換潤(rùn)滑油，促使連接軸可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)運(yùn)行階段產(chǎn)生了較大的噪音或振動(dòng)時(shí)，設(shè)備運(yùn)行應(yīng)立即停止，并進(jìn)行檢修，在異常狀況改善之后再開(kāi)啟運(yùn)行。

3 改良效果

經(jīng)過(guò)以上一系列改良之后，該煤礦所使用皮帶減速機(jī)中的傳動(dòng)體系具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，運(yùn)行階段形成的噪音也得到了有效改善，并且連接軸也沒(méi)有出現(xiàn)斷裂問(wèn)題，保障了主運(yùn)輸系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本文通過(guò)對(duì)減速機(jī)的斷軸問(wèn)題加以改良，極大避免了斷軸問(wèn)題的產(chǎn)生，減少了皮帶機(jī)停止運(yùn)行的次數(shù)，提升了主運(yùn)輸體系運(yùn)行的可靠性，使企業(yè)獲得較大的效益[8]。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)礦用皮帶機(jī)產(chǎn)生的斷軸問(wèn)題，本文通過(guò)運(yùn)用多種技術(shù)來(lái)進(jìn)行分析，結(jié)果表明液力耦合器的安裝部位不合理及裝配的精準(zhǔn)度較差是導(dǎo)致斷軸問(wèn)題的原因。對(duì)于上述這些狀況進(jìn)行優(yōu)化改善，增強(qiáng)了設(shè)備的裝配精度，減少了皮帶機(jī)啟動(dòng)及停止的次數(shù)，改良了液力耦合器的安裝位置，制定了合理的方案來(lái)進(jìn)行保養(yǎng)及維修。大量實(shí)踐表明，這種優(yōu)化技術(shù)可以極大改善斷軸問(wèn)題，提高了皮帶機(jī)的運(yùn)行效率，促使主運(yùn)煤系統(tǒng)可以穩(wěn)定有效地運(yùn)行。