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      帶式輸送機(jī)用減速機(jī)斷軸分析

      2015-09-01 22:37:51張東軍
      關(guān)鍵詞:斷軸帶式輸送機(jī)皮帶機(jī)

      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)

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