脈沖冷焊在馬道頭煤礦提升機主軸軸頸磨損修復中的應用

劉智超

（大同煤礦集團馬道頭煤業有限公司，山西 大同 037003）

礦井提升機對礦井生產十分重要，，井工開采的各類礦井，人員與物料都是通過礦井主、副井的礦井提升機進行運輸，礦井提升機的性能對礦井的安全生產至關重要。如何完善設備維修方法，降低設備故障的維修時間和修復費用，提高設備可靠性，是重要研究方向。

1 提升機主軸軸頸磨損原因分析

馬道頭煤礦使用的主井提升機為洛陽礦山設備廠生產的2JK-3/20型礦用提升機。在使用中提升機轉動裝置軸承擋圈部分螺栓發生剪切破壞，通過測量，軸頸與軸承間存在0.7mm的間隙。根據現場勘查，出現問題的主井提升系統基礎周圍出現不同尺寸細小裂縫，大部分分布在基礎后方地板和正前方墻面處，同時根據四角測量法對主井下方基礎部分進行測量，發現基礎水平發生變化。

結合故障類型，判斷軸承擋圈部分螺栓剪斷應是基礎水平變形所引發的軸向推力導致的。該提升機由其他礦井調用而來，軸承沒有及時更換，長時間使用并伴隨井下潮濕環境，主軸軸頭部分發生侵蝕，形成較為明顯的麻點。

2 常見修復工藝及優缺點

常見的修復軸頭方法主要有以下幾種：

（1）更換主軸。最為直接的方法是更換出現故障的提升機主軸，該方案可靠性較高，但是施工時間長，施工難度也較大，整個更換主軸費用過高。

（2）電刷鍍工藝。利用機械加工時電刷鍍技術，對磨損的傳動軸軸頸進行表面處理，將傳動軸尺寸恢復至設計尺寸。改方法較為成熟，并在常溫下進行操作，同時可根據需要加工構件類型，調整鍍層硬度和耐磨性。但是該方法在處理前應對構件表面進行處理，通常只適用于磨損厚度不超過0.2mm的情況。

（3）軸承位補焊修復法。該方法是通過電焊的方法填補被磨損轉軸的磨損凹陷區域，再次通過車床車削找圓恢復轉軸表面，該方法適用于磨損厚度約為1～2mm的情況。對磨損區域應先進行表面處理，再通過堆焊的方式填充磨損的轉軸軸頸，通常選取低氫型E5016或E5017焊條進行焊接。焊接過程中應避免使用大面積堆焊引發熱變形，應采用4分法對稱操作。為確保焊接質量，焊接時應沿上一道焊縫邊界并融化上一道焊縫大約1/2mm的距離。焊接同時應注意避免強制冷卻，導致補焊區域硬度增加，影響車床車削作業。

（4）軸頸紅裝鑲套修復法。該方法需要在傳動軸表面安裝一層與轉軸同等材料的鑲套，這樣主軸直徑增加比較明顯，所以一般在傳動軸磨損特別嚴重的情況下使用，通常磨損厚度＞2mm時，并且需要對磨損區域車床削薄，這要求該方法不能應用于直徑＜40mm的轉軸。

（5）定制軸承。對磨損主軸軸頸打磨或者通過車床切成磨損層，因此使用標準軸承會與軸徑降低的主軸間隙擴大，為保證運轉平穩及設計配合公差要求，需要根據改變后主軸軸徑定制非標準軸承。這種方法缺點在于傳動軸軸徑降低，降低主軸剛性，同時定制軸承費用也較高，但是現場施工簡單，影響礦井生產的時間較短。

（6）脈沖冷焊法。在磨損軸頸表面包裹一層薄鋼板，并通過脈沖冷焊法對薄鋼板進點焊形成附著層，將傳動軸軸頸恢復成原設計尺寸，不過應注意軸承熱裝階段可能發生附著鋼板有翹曲，運轉會磨損軸承表面。優點是操作簡單，費用較低，不降低傳動軸軸頸，但是耐久性較差。

（7）熱噴涂法。原多應用于加工金屬構件時表面處理，如噴丸法。將加熱金屬噴涂材料形成熔融狀微粒，然后通過動能以沖擊形式到達基體表面并沉附表面，形成較為穩定的金屬涂層。為了達到尺寸要求公差范圍，對傳動軸進行熱噴涂時，應固定至專用傳動設備勻速轉動后方能進行噴涂操作，由于噴涂后表面加厚，需要在加工冷卻后對傳動軸進行車削找圓操作，最終達到設計要求。該方法應用較為成熟的金屬材料表面加工方法，需要特殊加工設備并相對費時。

（8）其他方案。其他不常使用的旋轉設備主軸的修復方法為激光熔覆法、電火花沉積堆焊法、振動電弧焊接等方法，也都有各自優點和適用范圍。

3 處理工藝的選擇

在實際對轉軸軸頭修復過程中，方案的選取應本著可行性、可靠性、低費用、短周期的原則進行，同時考慮實際損傷情況對軸頭部分進行修復。由于需要進行修復的軸頭磨損厚度約為0.7mm，為了加快修復速度，并減少投入，選取脈沖冷焊法進行修復處理，減少大型托運設備和加工設備的使用，不用修復后進行車床加工。該方法比較于補焊、熱噴涂、電鍍等方法，不會產生太大熱量，適宜處理的損傷厚度范圍在微米和毫米范圍內都能進行。

4 現場施工與修復效果

4.1 施工過程

（1）準備階段。施工前應再次確認損傷程度，是否存在其他表面無法探查的暗傷，適宜通過無損傷檢測方法進行。準備階段的主要工作為利用滾筒托架工裝架起需要修復轉軸，滾筒的托起利用千斤頂和托架完成，托架高度在600mm左右，千斤頂通常為4個50t的液壓千斤頂。為了修復需要，滾筒鋼絲繩需要去除，同時打開軸承座兩側蓋子，并且與聯軸器內的齒輪分離，調節制動器處于最大間隙處，之后退出軸承，利用4個千斤頂托起托架。

（2）施工階段。修復開始前，再次通過千分尺對損傷磨損情況進行測量。轉軸損傷區域應當修磨成圓，由于不同區域如磨損厚度尺寸方面的磨損情況各不相同，對應不同區域處理上選擇對應厚度尺寸的薄鋼板進行，連接區域使用不同層數的薄鋼板進行，這樣到達最外層應盡量選擇為整個鋼板，避免最后鋼板由于尺寸差異導致起皮、翹曲等情況發生。整體修復完成后，進行冷焊修復后的轉軸應恢復成提升機原設計尺寸，同時將轉軸和軸承從新裝配回提升機時，也應滿足原設計標準，安裝完成的提升機應進行水平、中心度等測量。

（3）復驗。修復完成后，修復的轉軸重新安裝到提升機后，應定期檢查轉軸裝置中轉軸軸頸與軸承間間隙，重點查驗修復后軸頸的附著鋼板是否有起皮，運轉時是否有刷圈現象。

4.2 修復效果

修復之后，通過半年的跟蹤監測發現，提升機運行狀態良好，沒有再出現軸承磨損破壞現象，提高了提升機運行可靠性。

5 結語

本文針對馬道頭煤礦主井提升機設備磨損故障，分析了磨損造成的原因，同時討論多種不同針對轉軸修復的方法，最終根據磨損特點選取脈沖冷焊法用于提升機裝置故障修復，修復后提升機運行良好。