礦用帶式輸送機減速機斷軸原因分析與改進措施研究

姚少波

（長治市潞安漳村恒達工貿有限公司，山西長治 046032）

0 引言

礦用帶式輸送機中采用的減速機連接軸經常會發生斷裂，一旦產生這個故障，就必須停止運行，并及時更換維修，進而使主煤運輸系統的運行效率不斷降低。在2018年6月，潞安集團中某個礦井的運行值班人員在P2A皮帶機頭端發現電動機突然發生了劇烈的振動現象，隨后檢修人員發現減速機的輸入軸出現斷裂故障，長度大約為20 mm。為了將減速機出現的斷軸故障加以改善，技術部門對連接軸的材料、安裝等多個因素進行了分析，積極尋找發生斷裂的原因，采取有效措施，延長連接軸的使用年限，促使主運輸系統可以持續、穩定地運行[1]。

1 減速機斷軸的技術分析

該礦井所使用帶式輸送機中的減速機大多以進口的硬齒面產品為材料來進行制作，采取強制性冷卻的方式。液力耦合器的緩沖性能較高、過載系數較低，與電動機相互合作，不僅可以使皮帶機的滿載啟動，而且可以使皮帶在不改變張力的條件下滿足各個工況下的穩定運行[2]。帶式輸送機電動機、彈性節液力耦合器、減速器的構造如圖1所示。

圖1 電機與減速器裝配示意圖

1.1 理化分析

對于斷軸的各個化學組成，可以運用金屬化學成分光譜分析儀來進行檢測。其結果表明：鐵、鉻兩種元素的含量分別為96.8%和1.35%，而銅、錳、碳、鎳等元素的含量均低于0.04%。這個結果顯示，斷軸的化學構成與國家高承載力輸入軸的材料標準相吻合[3]。

1.2 探傷檢測

對于斷軸的內部構造，可以運用超聲波無損檢測探傷設備來進行檢測，其結果顯示斷軸內部并不存在制造或鑄造的缺陷，由此可知斷軸的產生并非因為鑄造階段的內部缺陷問題[4]。

1.3 斷口分析

通過對斷軸中端口的位置及形狀進行分析可知，斷裂狀況發生于其中一個軸承的中間部位，呈現出貝殼形，初步判斷為疲勞斷裂，大約在50 mm寬的外圈中存在裂紋拓展區，直徑處于30 mm之內的范圍內是瞬斷區，在實際運行過程中形成的強度要遠遠低于設計所得的疲勞強度。通過對40Cr鋼的化學成分進行分析之后，其各個成分的含量均處于標準范圍之內。基于斷軸的各個截面，通過開展金相及拉仲試驗可知，脆性夾雜物大多是3級或4級，與標準不相符，金相組織為鐵素體+珠光體，體積分數處于10%～20%之間，并未實現所有的索氏體組織。通過開展低倍檢驗可知：橫截面的疏松狀況較為嚴重，在軸3/4的部位疏松較為密實，產生了寬度約為50 mm的疏松帶。這就表示早期形成斷軸的因素為材料問題。

1.4 應力參數

為了對帶式輸送機的傳動參數進行分析，并加以明確，可通過對徑向剪應力、斷點的應力等多個數值進行分析，結果可知，當該減速機的傳動體系正常運行時，斷裂處將會受到較大的拉應力，導致減速軸逐漸與中心線相偏離，從而形成了過大的剪應力，并與拉應力相互作用，使減速軸受到了相應的疲勞應力，最終導致連接軸出現斷裂[5]。

1.5 液力耦合器

液力耦合器具有較大的自重。在之前所運用的安裝方式中，該設備位于減速機的一端。這種形式將會使減速軸受到一個較大的徑向應力，并作用在減速機的輸出部位，導致連接軸不具備均勻的受力、動平衡較差，處于這種狀態下極易導致斷軸問題的發生。

在裝配連接軸、電機和液力耦合器的過程中形成了過大的偏差，連接軸與耦合器之間缺少一致的同心度，剪應力會因連接軸自身所具有的應力而急劇上升，導致連接軸出現斷裂問題[6]。

2 改進措施

對于造成減速機斷軸問題的各個原因，可以運用下列幾點措施來加以改進。

（1）提高設備裝配的精準度。在對減速設備進行安裝時，采取百分表來核驗聯軸器、電機和液力耦合器的中心線，使三者維持相同的中心線，與軸度之間形成的偏差應當處于i 0.01 mm之內，避免剪應力因附加應力的增加而急劇上升。

（2）帶式輸送機過于頻繁的啟動與停止也會使減速軸產生一定的沖擊力，在開展重載作業的過程中必須保持連續性，不能任意啟停設備。

（3）將液力耦合器安裝部位進行調整，使其處于電機輸出軸的一端，促使電機減速軸和輸出軸的承載力均勻的分布于連接軸中，通過采取這一措施可以有效減少連接軸的受力狀況，盡可能避免連接軸斷裂的問題產生[7]。

（4）對減速機及連接軸進行嚴格的檢查及保養，并定期更換潤滑油，促使連接軸可以正常運轉。當運行階段產生了較大的噪音或振動時，設備運行應立即停止，并進行檢修，在異常狀況改善之后再開啟運行。

3 改良效果

經過以上一系列改良之后，該煤礦所使用皮帶減速機中的傳動體系具有較強的穩定性，運行階段形成的噪音也得到了有效改善，并且連接軸也沒有出現斷裂問題，保障了主運輸系統的正常運行。本文通過對減速機的斷軸問題加以改良，極大避免了斷軸問題的產生，減少了皮帶機停止運行的次數，提升了主運輸體系運行的可靠性，使企業獲得較大的效益[8]。

4 結束語

針對礦用皮帶機產生的斷軸問題，本文通過運用多種技術來進行分析，結果表明液力耦合器的安裝部位不合理及裝配的精準度較差是導致斷軸問題的原因。對于上述這些狀況進行優化改善，增強了設備的裝配精度，減少了皮帶機啟動及停止的次數，改良了液力耦合器的安裝位置，制定了合理的方案來進行保養及維修。大量實踐表明，這種優化技術可以極大改善斷軸問題，提高了皮帶機的運行效率，促使主運煤系統可以穩定有效地運行。