帶式輸送機用減速機斷軸分析

摘要：帶式輸送機在使用過程中會遇到某些驅動減速機的高速軸斷軸的情況，給用戶的安全生產造成一定的影響。帶式輸送機減速機的高速軸斷軸將給煤礦安全生產造成一定影響。文章結合實際案例，分析了斷軸的內外部因素，并提出了避免和減少減速機軸斷軸的方法和措施。

關鍵詞：帶式輸送機；減速機；斷軸；高速軸；皮帶機 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH132 文章編號：1009-2374（2015）32-0145-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.32.078

帶式輸送機在使用過程時會遇到某些驅動減速機的高速軸斷軸的情況，給用戶的安全生產造成一定的影響。斷軸時通常發生在高速軸端，而輸出軸卻很少斷軸，而且大多是垂直軸布置的減速機。嚴重時會發生在幾條帶式輸送機上陸續斷軸或同一帶式輸送機上幾臺減速機陸續斷軸的現象，這種情況一般發生在所有斷軸的減速機是同一個供貨商的情況下。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度方向。在井下大功率的帶式輸送機上發生斷軸的情況較多。下面就斷軸的機理和處理方法做一簡要分析。

1 斷軸的外部因素

（1）所選減速機的承載能力不夠。帶式輸送機的驅動減速機選擇不當，安全系數較小，當帶式輸送機的實際使用功率超過減速機的承載能力后，在一定時間內運行就可能會使驅動減速機的高速軸由于強度低而發生斷軸；（2）制動輪和聯軸器的動平衡不好。在電機軸和減速機軸之間通常安裝帶制動輪的液力偶合器或其他形式的聯軸器，當制動輪和聯軸器的動平衡不好、偏心嚴重時會使聯軸器運轉時產生較大的振動。當振動載荷達到一定程度時，使減速機高速軸上產生較大應力，從而發生斷裂；（3）安裝的同心度的偏差過大。在安裝高速端的液力偶合器和制動輪時，應當認真仔細地調整減速機軸和電機軸之間的同心度，包括高度方向和角偏差。如果偏差過大，在運行時會使減速器高速軸增加徑向載荷，加大軸上的彎矩，同時偶合器和制動輪產生過大的震動，長期運轉會發生斷軸現象；（4）減速機本身的固定程度導致高速軸斷軸。驅動裝置需要經常檢查緊固件的緊固程度，通常由于振動等外在因素，導致驅動裝置連接件松動，如不及時緊固，也可能會發生斷軸。

2 斷軸的內在因素

（1）減速機設計時軸斷裂處應力過大。有些減速機軸直徑變化太大，結構設計上不合理，存在較大應力；（2）減速機高速軸處軸肩處過渡圓角較小，使應力集中，嚴重時發生疲勞破壞；（3）減速機為垂直軸形式，第一級高速軸為傘齒輪軸，在傘齒輪支承軸承處過渡軸肩處出現較嚴重的應力集中而發生疲勞破壞；（4）減速機為硬齒面減速機，減速機高速軸直徑較細，雖然計算強度時通過，但因為軸本身很細，同樣在軸直徑變化處應力集中嚴重并發生疲勞破壞，而且聯軸器、制動器自身的重力，高速軸的扭轉應力以及安裝過程中的偏差而產生的附加徑向力相互疊加，比較集中地作用在懸臂較長、直徑較小的減速器高速軸上，當其彎扭組合應力超出軸自身設計的安全應力許用范圍，必然造成斷軸；（5）高速軸的熱處理質量不合格，硬度分布不均勻，存在較大組織應力；（6）高速軸的材料選用不當。

3 實際案例

2015年3月22日，某礦發生皮帶機減速機高速軸斷裂事故。該皮帶機設計長度1900m，實際鋪設1200m，巷道近似水平，采用平行布置的三套驅動裝置。電機功率3*450kW，額定轉速1480r/min。高速端采用1120TBW-500型的帶制動輪的蛇形彈簧聯軸器。采用進口品牌的減速機，布置形式為垂直軸形式，傳動比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，與聯軸器連接。軸的材質為18CrNiMo7-6，調質處理。在使用近一個月之后，第二驅動減速機高速端發生斷軸。更換減速機四天之后，第一驅動減速機高速端又發生斷軸。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，大部分區域較為平坦，只在中間靠外一點有扭曲的痕跡。

經了解，在第一次斷裂前兩天，曾發生聯軸器蛇簧斷裂的事故，只是礦方未加注意，同時，對一、三驅動的高速端檢查發現，兩斷軸的聯軸器均存在不對中的現象。平行偏差約1.5～2.0mm。現場對第一、三驅動的高速端聯器做了調整，使其對中精度在允許范圍內。

同時，該礦另一部同樣配置的皮帶機，在長度、坡度、輸送量、帶速、帶強、電機功率等方面均相同，但減速機為另一進口品牌。該機已使用一年時間，未發生質量問題。而設計計算結果也表明，減速機額定功率、額定扭矩滿足要求。為弄清楚事故發生的真正原因，將兩件斷軸送到北京的權威機構進行分析。通過對減速器高速軸進行材質和機械性能檢測，發現高速軸材質（18CrNiMo7-6）化學成分和拉伸力學性能基本滿足要求，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，均符合相關材料標準要求。減速器高速軸為低應力下的高周旋轉彎曲疲勞斷裂，起裂源位于鍵槽的棱邊應力集中處，起裂源區沒有異常的材料缺陷。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力作用，表明運行過程中減速器沒有保持良好的對中。這一點從高速端蛇簧聯軸器斷裂和現場對聯軸器的調整也可看出。經過對上述事故的金相分析和拉伸力學性能分析，判定如下：（1）高速軸發生旋轉彎曲疲勞斷裂，彎曲應力作用是軸發生疲勞斷裂的主要原因；（2）高速軸對中情況不好，使電機、減速機軸產生振動；（3）軸的材料或熱處理不存在問題。

4 避免和減少減速機軸斷軸的方法和措施

（1）減速機的選型應有安全裕度。減速機應有一定的安全系數，應根據電機功率，按照減速機廠家提供的選型辦法對減速機的額定功率、額定輸出扭矩、熱容量等進行校核，滿足使用要求或咨詢減速機廠家。其額定功率一般應不小于電機功率的1.5倍；（2）安裝和維修時注意調整電動機和減速機的同心度，使其達到常規的要求。電動機和減速機之間保持較高的同心度，能保證驅動裝置穩定正常地運行。當兩軸不同心時，電機與減速器之間的聯軸器或帶制動輪的聯軸器處會發出異常響聲，往往也伴有與電機轉動頻率相同的振動；（3）當安裝空間允許時，盡量使用平行軸的減速機，而不使用垂直軸的減速機；（4）設法減少或控制液力偶合器和制動輪的不平衡力矩的大小；（5）做好日常檢查，對電機、減速器緊固螺栓經常檢查，一旦發現松動，應立即緊固。對高低速軸的聯軸器也應經常檢查，檢查其同軸度是否滿足要求。如不滿足，對高低方向的誤差可通過加減墊片的方法處理，對前后方向或端面不平行的誤差可通過調整電機、減速器四個角上的頂絲來處理。對減速器應經常檢查潤滑油位，一般應在油位尺的上下刻度線中間。減速器高速軸由于轉速高，更應有良好的潤滑。使用中也發生過因缺油造成高速軸或軸承損壞的情況。

通過上述方法基本上可以找到或解決帶式輸送機的驅動減速機高速軸的斷軸問題。在工作頻繁的皮帶運輸機系統中應當適當配備必要的減速機備品備件，以便及時更換，以避免影響正常生產。

作者簡介：張東軍（1970-），男，河北趙縣人，陽泉煤業集團華越機械有限公司技術中心機制工程師，研究方向：帶式輸送機的設計與研發。

（責任編輯：蔣建華）