瑞典產HSVE4.8主井提升機傳動主軸開裂修復方案及實施

賈國憲 王洪濤

（遼寧省調兵山市鐵法煤業集團機械制造有限責任公司，遼寧 調兵山 112700）

1 概述

鐵煤集團大平礦主井采用瑞典ABB公司生產的型號HSVE4.8提升機，2002年調試后投入使用，在2014年11月定期檢查中發現主軸遠離電機端主軸臺肩與輪轂腹板連接處沿周向開裂且沿徑向裂至外緣，損傷情況見圖1，經與瑞典ABB公司北京辦事處聯系，制造一件同樣的主軸大約需要6個月時間才能到貨。如停產半年，損失巨大，為此集團公司領導大膽決策，采用漲縮法對該主軸進行修復再用。

圖1 HSVE4.8提升機滾筒開裂部位現場照片

2 HSVE4.8主井提升機主要技術參數及滾筒結構

2.1 提升機的主要技術參數

提升機的主要技術參數見表1。

2.2 提升機滾筒的結構

HSVE4.8提升機采用電機與滾筒共用主軸結構，如圖2所示，Ф4800mm的滾筒左右腹板法蘭各通過內圈31個和外圈8個M30螺栓與主軸上的定位臺肩固定連接，另一側電機的轉子錐面配合固定在主軸上。

表1 提升機的主要技術參數

圖2 HSVE4.8提升機滾筒結構（單位：mm）

圖3 滾筒開裂部位圖（單位：mm）

3 HSVE4.8提升機滾筒修復方案確定

在查取大量相關資料，比較、反復論證后，可采用的方案只有焊接法和漲縮法，采用加強焊接的方案實施簡單，不需拆卸軸承座，但是實施后的有效性及后果不易控制，由于開裂處距離主軸較近，需實施焊接的部位面積較大，焊接時間較長，導致主軸周圍溫升高，主軸及腹板變形難以控制，同時熱量也會傳導到軸承部位，影響軸承的繼續使用。

漲縮法過盈連接是一種較成熟的方法，利用火焰、介質、電阻、感應等加熱方式將包容件加熱到一定溫度，使包容件內徑加大，形成裝配間隙，然后將被包容件裝入包容件內，或將包容件套入被包容件上，冷卻后形成過盈連接。由于材料的彈性變形，使配合面之間產生壓力，因此在工作時配合面間具有相當大的摩擦力來傳遞扭矩或軸向力，經過計算漲縮法過盈聯接可傳遞的載荷完全能夠滿足該滾筒的額定負荷。

4 HSVE4.8提升機滾筒修復方案實施

4.1 確定實施方案

制作一內徑Φ560mm厚度103mm的法蘭盤，該法蘭盤內孔以過盈聯接方式固定在主軸Φ560mm處，法蘭盤通過內圈31個、外圈8個M30的螺栓與滾筒軸肩開裂端腹板聯接，該聯接形式與原腹板與主軸臺肩聯接形式相同，需要反復論證的是法蘭盤內徑Φ560mm處與主軸過盈量大小，該處過盈量的大小直接決定了可傳遞載荷的大小。如圖4。

圖4 法蘭盤與主軸過盈裝配圖（單位：mm）

4.2 現場測量

4.3 法蘭盤尺寸的確定

HSVE4.8提升機說明書中軸的材質標注瑞典SS標準1650號，經查對照，相當于國標GB鋼材45號，法蘭盤材質采用27SiMn，內徑Φ560mm，外徑根據滾筒腹板聯接表面實際情況并考慮熱漲后的強度及塑性變形因素定為Φ860mm，長度考慮現有可利用材料及傳遞扭矩大小定為103mm。

4.4 電機轉矩計算

已知：滾筒直徑：D=4800mm，電機功率P=3600kW，最大提升線速度v=12m/s

因滾筒主軸臺肩處已經斷裂，修復方案只是為避免損失擴大的臨時措施，公司決定將滾筒主軸修復后該礦煤炭產量調整為正常產量的一半。相應的額定扭矩可調整為Tp=T/2=720/2=360kN.m，如果取安全系數n=1.33，則計算扭矩為M=1.33×360=480kN.m。

4.5 法蘭盤過盈量的確定

過盈量設計的不夠，工作中法蘭與主軸會產生松動，過盈量過大，零件發生疲勞損壞，影響使用壽命。

為簡化計算過程，網上下載一個《應用Excel進行過盈配合的計算和選擇》Excel軟件，該軟件是按《機械設計手冊》中過盈聯接章節中圓柱面過盈聯接的相應計算公式編制的，通過比對手冊的舉例對該軟件進行了檢驗，軟件計算結果與手冊舉例計算結果完全相同。

計算時只需在Excel表格的表1中輸入相應的已知條件，包容件與被包容件過盈量大小、結合力、應力等計算結果一目了然，快捷方便。計算結果如圖5。

（1）M=480kN.m

（2）結合直徑d=560mm；

（3）結合長度L=103mm；

（4）包容件外徑d1=860mm，包容件內徑d2=0；

（5）包容件被包容件的表面光潔度Ra1=Ra2=0.0016mm；

（6）包容件屈服點δs1=835MPa，被包容件δs1=835MPa；

（7）包容件及被包容件彈性模量E1=E2=21000N/mm2；

（8）包容件與被包容件泊松比ν1=ν2=0.3；

（9）摩擦系數μ=0.11。

5 現場安裝

現場我們采用油浴加熱，包容件受熱均勻，加熱油選用導熱油320。制作一加熱槽，將法蘭盤浸在加熱槽內的導熱油中，通過4把火焊現場加熱。

加熱膨脹量計算Δl=d（結合直徑）×Δt（加熱溫差）×1.1×10-5（線膨脹系數）

圖5 輸入已知條件后的計算結果

6 總結

HSVE4.8主井提升絞車主軸經過該方法修復后一直使用至2015年6月，完成了新主軸加工運至安裝現場的生產任務，經過實踐檢驗該方法實用經濟，為今后同類設備檢修提供了寶貴的經驗。