甘彪彪

(西山煤電鎮(zhèn)城底礦機電科，山西 古交 030203)

0 引 言

隨著煤炭產量的不斷增加，對煤礦皮帶運輸機的承載能力要求也越來越大，皮帶運輸機作為煤炭運輸的主要設備，使用頻率高、工作時間長、承載負荷大，在這種比較惡劣的工作環(huán)境中，經常出現其減速裝置斷軸現象，這不但影響了煤炭的正常開采進度，而且給設備維修帶來了極大的困擾。筆者為了改變這一現象，從軸的材質、安裝、受力等方面入手，對斷軸進行了技術分析，找出斷裂原因，根據具體原因，實施有效的改進措施，使其在正常的壽命周期內不再發(fā)生斷裂現象，確保采掘工作的順利進行。

1 對斷軸進行技術分析

皮帶運輸機在正常的工作生產中，每經過一段時間使用后，皮帶運輸機的動力電機與減速機之間的連接軸就會出現斷裂現象[1]。電機通過液力耦合器和聯軸器給減速機傳導動力；電機的動力額定輸出功率為300 kW，輸出轉速在24 r/min左右。電機和減速機之間的連接如圖1所示。

1.1 斷軸的理化分析

通過理化分析可以直接獲取斷軸材質的化學成分，以此與高承載力輸入軸材質相關標準相對比，判斷是否符合生產和使用標準。使用金屬成分光譜分析儀對減速軸進行化學成分的提取和檢驗，通過檢測可得：鎳、碳、錳、硅銅的含量都不超過0.5%，鋁、硫、磷的含量也0.05%以下，鉻的含量小于1.5%，鐵的含量超過了96.5%，由此數據判斷，該軸的化學成分達到了高承載力輸入軸材質相關標準，在材質方面完全符合使用要求[2]。

圖1 電機和減速機裝配圖

1.2 探傷檢測制造缺陷

一些原件在初始鑄造過程中就可能出現夾砂、裂紋等內部缺陷，這些從表面是無法觀察到的，如果高承載原件存在這樣的缺陷，很容易發(fā)生斷裂現象。我們使用探傷的手段對軸內部結構進行檢測，探傷是使用超聲波或放射性，在不破壞原件的情況下對其內部進行檢測，找出原件內部的缺陷。經過對減速軸的探傷檢測沒有發(fā)現夾砂、裂紋等加工、鑄造缺陷。

1.3 對斷口進行分析

(1) 對斷口的形狀和位置進行細致觀察分析。根據受力狀態(tài)的不同，發(fā)生斷裂時的斷口形態(tài)和斷點位置也會不同。此次發(fā)生減速軸斷裂的故障中，斷裂點位于一個軸承的中部，其斷面形態(tài)為貝殼形，是一種典型的受疲勞應力而斷裂的形態(tài)，所以可以初步判定其性質為疲勞斷裂。

(2) 查找疲勞應力源。先將斷裂的減速軸取出、清洗后仔細觀察發(fā)現，裂紋有從中間向外兩側延伸的跡象，也就是從減速軸的斷點位置向軸兩端延伸，這是由于剪應力和拉應力反復疊加并逐漸增強所至[3]。從此情況來看斷電位置為主疲勞源，主源處先產生裂紋，然后從中間向兩側擴展，當剪應力和拉應力逐漸變大，就會再產生一個次生源。另外對減速軸斷裂的前沿線繼續(xù)分析，對前沿線的分析發(fā)現，斷裂位置周圍區(qū)域的磨損情況比較嚴重，但斷口截面并沒有產生反復磨損的跡象，并且斷面新鮮，雖然有部分運輸機工作產生的油漬將其覆蓋，經清理就可裸露出斷口處顆粒狀金屬光澤，因為被磨損擠壓的金屬沒有受到沉積碳的影響，其斷口處有一個約10 mm的白斑，并保留與斷口處一樣的光澤。通過對整個斷口進行分析可知，只有 39%左右的斷口面積被摩擦的損耗，其余部分并沒有反復多次摩擦的痕跡，因此在整個斷裂過程中，起到主要作用的是拉應力，隨著拉應力的不斷增大，會造成剪應力的扭轉，從而導致扭轉疲勞的發(fā)生，使減速裝置的輸入軸發(fā)生斷裂[4]。

1.4 相關應力參數的分析

傳動機械在設計開始，一般要使用動力電機的輸出轉速、輸出額定功率等初始數值計算其他相應的參數，這當然也適用于帶式運輸機，需要計算的主要項目包含：中點分度圓切向力、變速軸的輸出力矩、徑向剪應力、軸向拉應力以及斷裂點的應力數值分析。通過計算取得這些相關參數，然后對這些參數系統的計算和總結，得出結論，減速系統工作過程中，斷裂點受到很大的拉應力，使減速軸偏離中心位置，因此在轉動狀態(tài)下也會產生較大的剪應力，而這兩種力反復疊加在減速軸上，就是疲勞應力，在疲勞應力的作用下導致減速軸斷裂。

1.5 液力耦合器的工作狀態(tài)分析

通過對液力耦合器的狀態(tài)分析，發(fā)現，其具有兩個方面的缺陷可能導致斷軸故障的產生:第一，液力耦合器具有較大的重量，且安裝在了減速機端，這就使減速軸受到了較大的徑向應力，并且這些徑向力作用在了減速機的輸出端，這使得減速軸受力不均衡，動平衡差，而導致故障的出現[5]。第二，存在裝配誤差，耦合器與減速軸的同心度差，這讓減速軸自身就會產生一定的應力，該應力作用在聯軸器靠近電機軸的位置，從而加速剪應力的增加，使軸更快的發(fā)生斷裂。

2 改進措施

(1) 安裝液力耦合器和聯軸器時，使用百分表或激光對中儀等精密儀器進行中心對正提高裝配的精密度，確保電機主軸、聯軸器、液力耦合器、減速軸在同一中心線上，裝配時的同軸度誤差控制在0.01 mm之內，避免同軸度誤差產生自身附加應力。另外帶式運輸機的啟停也會對減速軸產生額外的沖擊應力，所以在重載的使用過程中盡量不要隨意進行啟停。

(2) 將該液力耦合器安裝在電機輸出軸一側，使電機輸出軸承載力和減速軸承載力均勻分布在軸承上，這樣減少了變速軸受力，減少斷裂的可能性。

(3) 加強對變速軸的巡查和保養(yǎng)，制定相關制度，對其進行周期性檢查，同時定期保養(yǎng)軸承，使其保持順暢的轉動狀態(tài)，設備運行時一旦出現摩擦和振動等噪音，要及時檢查其出處，及時判斷維修。

3 改造效果分析

經過減速傳動系統改造后的帶式運輸機，運行平穩(wěn)、噪音降低，經過長時間使用不再出現減速軸斷裂現象，運煤能力得到大大的提升，保證了采煤工作的順利進行。減速系統故障的去除，減少了帶式運輸機的停機檢修次數，對于這樣大型的重載機械，每一次的突然停運和啟動都會給皮帶、滾筒等承重原件帶來很大的損傷，所以減速系統的修復提高了運輸系統運行的安全性。

4 結 語

通過多種技術角度對帶式運輸機減速軸斷裂故障進行分析，因為液力耦合器安裝位置和裝配精度存在一定缺陷，導致減速軸承受了較大的軸向拉應力和徑向剪應力，找到了減速軸損壞的具體原因。通過改變液力耦合器的安放位置，并提高其裝配精度，杜絕了斷軸故障的發(fā)生，同時提高了帶式運輸機的工作效率，確保了采煤工作的高效、順利、安全進行。