煤磨主减速机高速轴断裂的分析和处理

煤磨主减速机高速轴断裂的分析和处理

何倩

弗兰德传动系统有限公司  天津市  300403

摘要：我国经济水平和我国煤矿行业的快速发展，煤矿产业中常见的皮带运输机在实际使用时会发生故障，如减速机输入轴断裂，这种故障是煤矿用皮带机故障中最常见也是最严重的故障，对煤矿开采人员的生命安全有严重影响。在煤矿作业时，导致减速机断轴的因素较多，为此，需结合煤矿设施情况与皮带机的应用实践，进行断轴原因的分析，并采取改进措施，降低减速机断轴问题的发生几率。

关键词：减速机；高速轴；断裂；过盈对接

引言

减速机是一种由封闭在刚性壳体内的蜗杆传动、齿轮传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件。减速机是一种相对精密的机械，常作为原动件与工作机之间的减速传动装置。一般说来，减速机在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，使用它可以降低转速，增加转矩。按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同进轴式减速机；按照传动级数不同可分为单级和多级减速机；按照齿厂轮形状可分为圆柱齿轮减速机、圆锥齿轮减速机和圆锥－圆柱齿引轮减速机。

1减速机概述

减速机是煤矿生产中最重要的设备，从某种程度上来说，减速机的运行状况直接影响着煤矿生产的稳定性与安全性，如果减速机运行中出现各种故障或者其他问题，将直接影响着煤矿生产的运行状况，进而威胁着人们的生命财产安全。具体来说，减速机指的是一种以多种形式的将能源转化成电能的机械设备，在当前社会中，减速机被广泛应用到各个行业中，比如农业生产建设、国防、科技以及日常生活中。减速机的内部结构十分复杂，主要是由原动机、压缩机机以及其他动力机械驱动组成的，其工作原理主要是根据电磁力和电力感应定理，借助对空气施加压力来提升气体的运行速度，并且通过导电材料和电磁感应进行电路和磁路的相互交换，以此达到能源转换，满足不同领域的需求。伴随着空气动力学研究的不断深化以及科学技术的不断发展，减速机的应用范围进一步扩大，减速机能够将气体沿着一定方向流向叶轮的压缩机当中，总之，减速机是一种转换能量与压力的一种机械设备，因此，探究减速机的断齿原因以及检修管理具有现实意义。

2减速机断轴原因分析

2.1液力耦合器

液力耦合器具有较大的自重。在之前所运用的安装方式中，该设备位于减速机的一端。这种形式将会使减速轴受到一个较大的径向应力，并作用在减速机的输出部位，导致连接轴不具备均匀的受力、动平衡较差，处于这种状态下极易导致断轴问题的发生。在装配连接轴、电机和液力耦合器的过程中形成了过大的偏差，连接轴与耦合器之间缺少一致的同心度，剪应力会因连接轴自身所具有的应力而急剧上升，导致连接轴出现断裂问题。

2.2对断口进行分析

对减速机断轴的断口的形状和位置进行观察分析发现，断裂点位于一个轴承的中部，其断面形态为贝壳形，初步判定断轴的断口为疲劳断裂，约50mm宽的外圈存在裂纹扩展区，Φ300mm以内区域为瞬断区，其校核设计的疲劳强度远高于实际运行强度。对40Cr钢进行化学分析后，成分均在规定范围之内。从断轴的不同截面取样，拉伸试验及金相检验结果表明，脆性夹杂物为3.5级及4级，超过规定标准，金相组织为10%～20%体积分数的铁素体+珠光体，未达到全部索氏体组织；低倍组织检验结果表明在横截面上存在大量疏松，在轴的3/4R处疏松密集，形成50mm宽的疏松带。这表明早期断轴的原因为材料冶金质量和淬透性不足。

2.3造成皮带机减速机断轴的内部因素

减速机断轴的内部原因包括高速轴的热处理质量不合乎设计要求、高速轴轴肩部位过度圆角过小、硬度分布失衡等方面，可概括为前期设计问题与高速轴质量问题。设计问题主要是指减速机转速轴的弯扭组合应力超过了轴安全应力的设计范围，高速轴质量问题主要是材料质量较低，不合乎设计规范。煤矿中的皮带机作业环境复杂，工作强度也非常高，减速机高速轴需有极强的坚固性与热传导性，选材时也应注重选择坚固性与导热性强的材料。只有在皮带机减速机的设计、制造、安装与实际操作等各个环节都加以关注，才能降低断轴故障问题的产生率。

3煤磨主减速机高速轴断裂处理

3.1焊接性能及焊缝强度分析

容易产生冷裂纹、热裂纹等缺陷，需要焊前预热，焊后退火处理。该减速机输入功率560kW，高速轴扭矩较大，为防止焊接缺陷造成二次损伤，保证焊接质量和使用寿命，采用局部中频加热（温度控制在600℃）退火，消除焊后裂纹及内应力，提高机械性能。新轴采用45#钢，将其和齿轴（20CrMnMo）的焊接性能进行评价分析。为保证焊接强度，提高热影响区和焊缝的韧性，防止冷裂纹、热裂纹、再热裂纹的产生，选用J507低氢钠型碱性药皮焊条，其具有优良的塑性、韧性及抗裂性能。采用手工直流反接，全位置焊的焊接方法。

3.2定期检测和维护设施

是煤矿开采生产中的重要工作内容。对减速机进行润滑，结合润滑周期对关键部件加以维护，有利于保障减速机正常的工作状况，避免设施高速运转下减速机轴承润滑效果不足而发生故障。电机、高低速轴联轴器等部件是减速机检测维护工作的重点关注内容，减速机润滑油位也需工作人员加以重视。工作人员应保障减速机处于正常运行状况，如减速机在运行时有不正常振动或异常噪音等情况，需及时加以检测，并对受损设施进行维修或更新。

3.3加强监管，提高设备管理水平

煤矿企业必须加强机械设备管理，完善企业设备管理体系，采用科学管理和维护方法延长设备使用年限。减速机是井下运输作业的重要设备，检修人员应定期开展减速机日常维护以及检修工作，管理人员也应加强监督，尽量避免操作失误等人为因素引起的减速机故障，避免不当操作影响设备正常运转。同时，设备长时间运行会产生大量热量，也容易摩擦损耗，所以高负荷运转会影响设备使用效果，应尽量避免这一问题。建议煤矿企业加强生产人员培训，从整体上提升一线操作人员专业水平，使之科学、合理操作皮带机减速机。除此之外，尽量减少生产人员操作失误和避免长时间使用煤矿用皮带机减速机也应成为监管工作中的重要内容。任何不当的操作都会对设备的正产运转起到伤害；长时间使用设备会使得机器摩擦产生大量热量，高负荷运转只会降低设备的使用效果。因此煤矿也不应忽视对生产人员的技术培训，提高操作者的专业水平，保证生产者能够科学地操作皮带机，进而延长皮带机的使用寿命。结合实际可知煤矿用皮带机减速机断轴产生的原因更为复杂。面对故障我们要具体问题具体分析，在实践中积累经验，以保证煤矿开采的顺利进行。纵观当下，煤矿用皮带减速机不仅在煤炭生产加工过程中得到了广泛使用，在其他矿产的生产加工过程中也发挥着不可代替的作用。

结束语

综上所述，煤矿行业与我国国民经济的发展息息相关，是我国重要的支柱性产业，随着社会经济的快速发展其重要性日益突出，减速机断轴原因分析已经成为当前相关学者研究的重要内容。当前，减速机运行还存在一定问题，尤其是断齿故障严重影响着减速机运行效率，文章从多个角度进行分析，并提出了相关建议与检修管理措施。

参考文献：

[1]李阳阳.岳城煤矿主井胶带减速器事故分析[J].山东煤炭科技,2017(6):117-118.

[2]王飞.煤矿用皮带机减速机断轴分析及改进措施[J].机械管理开发,2018,33(6):246-247.

[3]肖文远,王忠波,白刘贵.带式输送机减速器输入轴断裂分析及应对[J].煤矿机械,2015,36(6):149-151.