溫軍剛

（國能朔黃鐵路機輛公司，河北滄州 062350）

1 輸砂裝置設備簡介

螺旋式輸砂裝置安裝于機輛分公司神池南折返段內(nèi)，神池南折返段位于作為朔黃鐵路西大門的神池南站東端，日均出、入庫機車150 余臺，是機車折返整備的重要場所，為朔黃鐵路上行重載列車保證機力供應。該輸砂裝置于2015 年4 月下旬投入使用，位于折返段入庫線機1、機2 道兩側(cè)，為入庫機車進行上砂整備作業(yè)。螺旋式輸砂裝置主要由1 個進砂漏斗、1 個星型卸料器、1 條帶式輸送機、1 條斗式提升機、1 套除塵器、1 條LS400 螺旋輸送機、6 個分料漏斗、6 個電動插板閥、6 條LS250螺旋輸送機、48 個儲砂罐、1 套電氣控制系統(tǒng)控制柜及操作臺等部件組成，設備布置如圖1 所示。

圖1 螺旋式輸砂裝置設備布置

機車專用砂日常儲存在砂房內(nèi)，是已經(jīng)過篩的合格干砂。砂房內(nèi)設置用于堆積砂料的料斗，砂料由料斗經(jīng)皮帶輸送機進入斗式提升機，然后由斗式提升機提升至9.5 m 高之后落入收集砂箱，利用砂料的重力進入架空輸送系統(tǒng)的LS400 螺旋輸送機。螺旋輸送機設置在輸砂線的中部橫向（垂直于機車走行線路方向）位置，砂料在螺旋葉輪的驅(qū)動下在直管內(nèi)作水平位移，當砂料運送到縱向（平行于機車走行線路方向）布置的LS250螺旋輸送機上方時，通過2 條輸砂管道給每條縱向輸砂線供應砂料，出砂量由電動閥門控制。砂料在縱向輸砂線上的螺旋輸送機直管內(nèi)作水平位移，分別沿機車走行線向兩端輸送，最后落入位于2 條機車走行線兩側(cè)的48 個儲砂罐中，完成輸砂作業(yè)。

2 設備故障原因分析及改進措施

2.1 LS250 螺旋輸送機減速器斷軸故障

2.1.1 故障描述

螺旋式輸砂裝置設備運轉(zhuǎn)過程中，加砂作業(yè)人員發(fā)現(xiàn)縱向布置的LS250 螺旋輸送機電機旋轉(zhuǎn)，而螺旋輸送機的尾部軸端不旋轉(zhuǎn)，通過觀察及檢修孔查看發(fā)現(xiàn)螺旋軸也不旋轉(zhuǎn)，初步斷定為減速器和螺旋軸連接部件出現(xiàn)問題。進一步分解檢查，發(fā)現(xiàn)減速器的輸出軸斷裂（圖2）。在2015 年6—7 月份，輸出軸斷裂故障共發(fā)生3 起，故障跡象完全相同。

圖2 螺旋輸送機減速器斷軸

2.1.2 斷軸原因分析

由圖3 可以清晰地看到，螺旋輸送機的動力由三相交流電機提供，通過行星減速器傳遞給螺旋輸送機的螺旋軸。螺旋軸在水平布置的鋼制直管內(nèi)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，螺旋軸葉片旋轉(zhuǎn)帶動直管內(nèi)的砂料做水平位移，從而達到運送砂料的目的。

圖3 改進前螺旋輸送機減速器傳動示意

設計上，將減速器的輸出軸與螺旋輸送機的螺旋軸通過聯(lián)軸器直接相連，螺旋軸沿長度方向在其他部分（含尾部）均設有吊裝軸承。這樣，螺旋輸送機的螺旋軸作為長桿形配件，由軸頭的減速器輸出軸和其他吊裝軸承共同承擔其重力。減速器輸出軸除了承擔軸向扭矩負荷外，還要承擔徑向的重力。

在輸砂過程中，由于砂料集中在螺旋軸的底部輸送，螺旋軸葉片在推動砂子往前運動過程中螺旋軸的受力不斷發(fā)生變化，這種持續(xù)的交變載荷最終通過螺旋軸集中到減速器輸出軸上。由于減速器輸出軸在該處設計為臺階軸，在機械加工過程中不可避免地存在應力集中。

在重力和持續(xù)的交變載荷的雙重作用下，反復沖擊引起疲勞，使軸逐漸產(chǎn)生裂紋，最終完全斷裂。如果減速器輸出軸附近的螺旋軸吊裝軸承故障，起不到支撐螺旋軸重力的作用，減速器輸出軸承擔的螺旋軸重力加大，則會加速其斷裂。

2.1.3 改進措施

通過以上分析，引起減速器輸出軸斷軸故障的主要原因是：①螺旋軸重力作用；②持續(xù)的交變載荷；③臺階軸的應力集中；④偶發(fā)的吊裝軸承故障導致重力加大。對上述4 種原因進一步分析，其中第2、3 種原因在設備工作或設計加工中是不可避免的；第4 種原因可以通過加強日常設備檢查、潤滑保養(yǎng)或技術改進來保證吊裝軸承的正常工作；對于第1 種原因，需要在原設計的基礎上加裝支撐座（圖4、圖5），支撐座內(nèi)設軸承，使減速器輸出軸只承擔軸向的扭矩負荷，徑向負荷由支撐座來承擔，在很大程度上減少了減速器輸出軸疲勞斷裂的可能。通過以上改進，設備重新投入應用以來未再出現(xiàn)斷軸故障。

圖4 改進后螺旋輸送機減速器傳動示意

圖5 支撐座結構

2.2 LS250 螺旋輸送機吊裝軸承故障

2.2.1 故障描述

加砂人員在正常加砂過程中，發(fā)現(xiàn)出砂管內(nèi)有軸承碎物隨砂子流出，進一步分解檢查，發(fā)現(xiàn)吊裝軸承的迷宮部分已完全破裂，軸承保持架和滾珠等完全解體，軸承報廢。

2.2.2 原因分析

螺旋輸送機吊裝軸承安裝在螺旋輸送機的螺旋軸上，主要起支撐螺旋軸的作用。該軸承工作環(huán)境比較惡劣，軸承軸向兩端周圍均為螺旋軸輸送的砂料，因此軸承的密封非常關鍵。設計方面，軸承密封采用迷宮型式將可能進入軸承的砂粒封?。▓D6）。實際工作中，螺旋軸輸送的砂料并非粒徑均勻一致的砂粒，砂料里面還有很多微小顆粒和灰塵。由于砂料為機車專用石英砂，具有較高的硬度，且這些微小顆粒有較強的針入性。微小顆粒進入迷宮，不斷的磨損使迷宮的間隙加大，當間隙加大積累到一定程度后，大顆粒砂粒直接進入迷宮將軸承碾碎，造成軸承故障。

圖6 改進前吊裝軸承結構

另一方面，軸承的定期潤滑保養(yǎng)和日常檢查對于軸承的使用壽命的延長也非常重要，只有潤滑到位才能有效地防止軸承因缺油、意外侵蝕等造成軸承失效，導致設備故障。

2.2.3 改進措施

由于原設計中理想化地認為砂料全部是粒徑一致的標準顆粒，沒有考慮到砂料中的微小顆粒和灰塵，而正是這些微小顆粒和灰塵的侵蝕最終導致軸承故障。針對軸承工作環(huán)境中存在的微小顆粒和灰塵，對吊裝軸承結構的密封型式進行改進，在原有軸承結構基本連接尺寸不變的前提下，重新設計迷宮密封結構（圖7），增加了反向退砂結構和油封，這樣改進一方面保證了軸承內(nèi)部的油脂不外溢，另一方面杜絕了微小顆粒的進入。

圖7 改進后吊裝軸承結構

同時，加強對設備的日常巡檢保養(yǎng)，特別是對吊裝軸承的潤滑實行定點、定質(zhì)、定量、定期、定人等“五定”制度，也是必不可少的改進措施。

3 結束語

螺旋式輸砂裝置作為重要的鐵路機車整備設備，通過技術改進使設備各部的承受載荷趨于合理，工作環(huán)境趨于穩(wěn)定。只有加強設備日常檢查保養(yǎng)，才能有效避免可能發(fā)生的突發(fā)故障，保證設備的正常運轉(zhuǎn)。