螺旋式輸砂裝置故障原因分析及改進措施

溫軍剛

（國能朔黃鐵路機輛公司，河北滄州 062350）

1 輸砂裝置設備簡介

螺旋式輸砂裝置安裝于機輛分公司神池南折返段內，神池南折返段位于作為朔黃鐵路西大門的神池南站東端，日均出、入庫機車150 余臺，是機車折返整備的重要場所，為朔黃鐵路上行重載列車保證機力供應。該輸砂裝置于2015 年4 月下旬投入使用，位于折返段入庫線機1、機2 道兩側，為入庫機車進行上砂整備作業。螺旋式輸砂裝置主要由1 個進砂漏斗、1 個星型卸料器、1 條帶式輸送機、1 條斗式提升機、1 套除塵器、1 條LS400 螺旋輸送機、6 個分料漏斗、6 個電動插板閥、6 條LS250螺旋輸送機、48 個儲砂罐、1 套電氣控制系統控制柜及操作臺等部件組成，設備布置如圖1 所示。

圖1 螺旋式輸砂裝置設備布置

機車專用砂日常儲存在砂房內，是已經過篩的合格干砂。砂房內設置用于堆積砂料的料斗，砂料由料斗經皮帶輸送機進入斗式提升機，然后由斗式提升機提升至9.5 m 高之后落入收集砂箱，利用砂料的重力進入架空輸送系統的LS400 螺旋輸送機。螺旋輸送機設置在輸砂線的中部橫向（垂直于機車走行線路方向）位置，砂料在螺旋葉輪的驅動下在直管內作水平位移，當砂料運送到縱向（平行于機車走行線路方向）布置的LS250螺旋輸送機上方時，通過2 條輸砂管道給每條縱向輸砂線供應砂料，出砂量由電動閥門控制。砂料在縱向輸砂線上的螺旋輸送機直管內作水平位移，分別沿機車走行線向兩端輸送，最后落入位于2 條機車走行線兩側的48 個儲砂罐中，完成輸砂作業。

2 設備故障原因分析及改進措施

2.1 LS250 螺旋輸送機減速器斷軸故障

2.1.1 故障描述

螺旋式輸砂裝置設備運轉過程中，加砂作業人員發現縱向布置的LS250 螺旋輸送機電機旋轉，而螺旋輸送機的尾部軸端不旋轉，通過觀察及檢修孔查看發現螺旋軸也不旋轉，初步斷定為減速器和螺旋軸連接部件出現問題。進一步分解檢查，發現減速器的輸出軸斷裂（圖2）。在2015 年6—7 月份，輸出軸斷裂故障共發生3 起，故障跡象完全相同。

圖2 螺旋輸送機減速器斷軸

2.1.2 斷軸原因分析

由圖3 可以清晰地看到，螺旋輸送機的動力由三相交流電機提供，通過行星減速器傳遞給螺旋輸送機的螺旋軸。螺旋軸在水平布置的鋼制直管內連續旋轉，螺旋軸葉片旋轉帶動直管內的砂料做水平位移，從而達到運送砂料的目的。

圖3 改進前螺旋輸送機減速器傳動示意

設計上，將減速器的輸出軸與螺旋輸送機的螺旋軸通過聯軸器直接相連，螺旋軸沿長度方向在其他部分（含尾部）均設有吊裝軸承。這樣，螺旋輸送機的螺旋軸作為長桿形配件，由軸頭的減速器輸出軸和其他吊裝軸承共同承擔其重力。減速器輸出軸除了承擔軸向扭矩負荷外，還要承擔徑向的重力。

在輸砂過程中，由于砂料集中在螺旋軸的底部輸送，螺旋軸葉片在推動砂子往前運動過程中螺旋軸的受力不斷發生變化，這種持續的交變載荷最終通過螺旋軸集中到減速器輸出軸上。由于減速器輸出軸在該處設計為臺階軸，在機械加工過程中不可避免地存在應力集中。

在重力和持續的交變載荷的雙重作用下，反復沖擊引起疲勞，使軸逐漸產生裂紋，最終完全斷裂。如果減速器輸出軸附近的螺旋軸吊裝軸承故障，起不到支撐螺旋軸重力的作用，減速器輸出軸承擔的螺旋軸重力加大，則會加速其斷裂。

2.1.3 改進措施

通過以上分析，引起減速器輸出軸斷軸故障的主要原因是：①螺旋軸重力作用；②持續的交變載荷；③臺階軸的應力集中；④偶發的吊裝軸承故障導致重力加大。對上述4 種原因進一步分析，其中第2、3 種原因在設備工作或設計加工中是不可避免的；第4 種原因可以通過加強日常設備檢查、潤滑保養或技術改進來保證吊裝軸承的正常工作；對于第1 種原因，需要在原設計的基礎上加裝支撐座（圖4、圖5），支撐座內設軸承，使減速器輸出軸只承擔軸向的扭矩負荷，徑向負荷由支撐座來承擔，在很大程度上減少了減速器輸出軸疲勞斷裂的可能。通過以上改進，設備重新投入應用以來未再出現斷軸故障。

圖4 改進后螺旋輸送機減速器傳動示意

圖5 支撐座結構

2.2 LS250 螺旋輸送機吊裝軸承故障

2.2.1 故障描述

加砂人員在正常加砂過程中，發現出砂管內有軸承碎物隨砂子流出，進一步分解檢查，發現吊裝軸承的迷宮部分已完全破裂，軸承保持架和滾珠等完全解體，軸承報廢。

2.2.2 原因分析

螺旋輸送機吊裝軸承安裝在螺旋輸送機的螺旋軸上，主要起支撐螺旋軸的作用。該軸承工作環境比較惡劣，軸承軸向兩端周圍均為螺旋軸輸送的砂料，因此軸承的密封非常關鍵。設計方面，軸承密封采用迷宮型式將可能進入軸承的砂粒封住（圖6）。實際工作中，螺旋軸輸送的砂料并非粒徑均勻一致的砂粒，砂料里面還有很多微小顆粒和灰塵。由于砂料為機車專用石英砂，具有較高的硬度，且這些微小顆粒有較強的針入性。微小顆粒進入迷宮，不斷的磨損使迷宮的間隙加大，當間隙加大積累到一定程度后，大顆粒砂粒直接進入迷宮將軸承碾碎，造成軸承故障。

圖6 改進前吊裝軸承結構

另一方面，軸承的定期潤滑保養和日常檢查對于軸承的使用壽命的延長也非常重要，只有潤滑到位才能有效地防止軸承因缺油、意外侵蝕等造成軸承失效，導致設備故障。

2.2.3 改進措施

由于原設計中理想化地認為砂料全部是粒徑一致的標準顆粒，沒有考慮到砂料中的微小顆粒和灰塵，而正是這些微小顆粒和灰塵的侵蝕最終導致軸承故障。針對軸承工作環境中存在的微小顆粒和灰塵，對吊裝軸承結構的密封型式進行改進，在原有軸承結構基本連接尺寸不變的前提下，重新設計迷宮密封結構（圖7），增加了反向退砂結構和油封，這樣改進一方面保證了軸承內部的油脂不外溢，另一方面杜絕了微小顆粒的進入。

圖7 改進后吊裝軸承結構

同時，加強對設備的日常巡檢保養，特別是對吊裝軸承的潤滑實行定點、定質、定量、定期、定人等“五定”制度，也是必不可少的改進措施。

3 結束語

螺旋式輸砂裝置作為重要的鐵路機車整備設備，通過技術改進使設備各部的承受載荷趨于合理，工作環境趨于穩定。只有加強設備日常檢查保養，才能有效避免可能發生的突發故障，保證設備的正常運轉。