刮板输送机电机抱轴故障分析与对策

徐庆华

（黄石理工学院，湖北 黄石435003）

某煤矿一台刮板输送机，输送量为150t/h，配套电机功率40k W，额定电压380 V。2008年，该电机在运行中出现轴伸端轴承异常振动，温度急剧升高，并伴有焦糊味烟气冒出。维修人员对电机进行解体检查发现，电机轴伸端轴承烧损，轴承架、滚动体磨损严重，轴承外圈局部变为蓝色，轴承内圈与电机转子抱死，并伴有多处点状磨痕和裂纹。

这是一起典型的电机抱轴故障。据调查，类似刮板输送机电机故障，在大、中型煤矿中时有发生，其根源在于煤矿井下生产环境的特殊性决定的。轴承损坏致使电机定、转子磨擦，引起铁芯温度急剧上升，烧毁匝间绝缘，从而造成绕组匝间短路，严重时使定子铁芯倒槽、错位，转轴磨损直至电机报废，影响刮板输送机的正常运行。

1 故障机理分析

（1）电机轴承内圈和转轴为过盈配合，两接触表面没有相对运动。随着设备运行时间的延长，由于润滑效率降低、安装或维护保养不良，尤其电机在输送间断煤料作用下拖动不均匀负载后，过盈面出现小幅的相对运动。同时，接触面的接触压力使结合表面微凸体产生塑性变形。当塑性变形足够大时，发生金属粘连。在外界小幅振动的反复作用下，粘连点被剪切，粘附金属脱落。由于两表面配合紧，磨屑很难排出，从而加速了微动磨损的进程。在连续高速运转条件下，一直重复着粘连、剪切和剥落过程，最终导致轴承磨损失效而发生抱轴故障。

（2）轴电压影响。正常情况下，电机转轴与轴承间有起着绝缘作用的润滑油膜。对于较低的轴电压，这层润滑油膜仍能保持其绝缘性能。当轴电压增加到一定数值时，尤其在电机启动时，轴承内的润滑油膜还未稳定形成，轴电压将油膜击穿，在转轴、轴承座和底板构成回路产生轴电流。轴电流从轴承和转轴的金属接触点通过，由于该金属接触点很小，电流密度大，瞬间产生高温致使轴承局部烧熔，被烧熔的轴承合金在碾压力的作用下，在轴承内表面烧出小凹坑。通常转轴硬度及机械强度比轴承烧熔合金高，其结果使轴承内表面及内外圈跑道被压出条状烧伤痕迹，严重时造成配合副粘合抱死，同时其表面伴有麻点和裂纹出现。

2 影响刮板输送机电机抱轴失效因素

2.1 轴承装配不当

冷装时，不均匀敲击轴承内圈使轴受到磨损，导致轴承内圈与轴颈配合失去过盈量或过盈量变小，出现走内圈现象；装电机端盖时，不均匀敲击，导致轴承端盖内圆与轴承外圈配合过松出现走外圈现象。无论走内圈还是走外圈，均会引起轴承运行温度急剧上升，特别是走内圈会造成转轴严重磨损和轴承抱死。另一种情形是，轴承与轴、轴承与端盖装配过紧或过盈量大，使轴承变形和椭圆度超标，引起轴承游隙过小或不均匀，导致轴承运行时摩擦力增加而温度急剧上升。

2.2 额外振动因素

电机与刮板输送机的轴心线不对中或轴线倾斜，引起机组运行时的干扰力，使机组产生与电机转速相同的角频率的振动。轴颈椭圆的电机在旋转时，由于转子重力而产生干扰振动，其振动频率应是双倍频振动。转轴弯曲亦会造成一个不平衡重量，以角速度ω围绕静平衡位置旋转，其结果和转子不平衡时完全相同。这种额外的振动和干扰力，严重影响电机轴承的正常运转。

2.3 润滑不合理

润滑油选择不当，使用劣质润滑油，或者不同型号润滑油脂混用，则会使润滑效果不佳。同时，电机长期在井下潮湿、多粉尘环境下工作，润滑油变质并破坏油膜，达不到润滑和散热效果，零件很容易发生胶合，摩擦温度过高引起滚动体回火而导致轴承早期损坏。另外，不按规定时间和周期加注润滑油，或润滑油量未满足要求，均使运动表面完全失去油膜保护，滚动体与滚道之间产生干摩擦，温度升高导致运动表面损坏。

2.4 轴电压危害

轴电压是电机两轴承端或电机转轴与轴承间所产生的电压。轴电压产生的原因有：由于磁路磁场不平衡，有与转轴相交链的旋转磁通存在；当转子绕组发生接地故障，有接地电流产生；转轴上有剩余磁通，起单极发电机作用；铁芯材料方向性引起磁路的磁阻不均等。

3 预防刮板输送机电机抱轴的技术措施

3.1 科学选型

基于刮板输送机的工作场合，选型时应注意以下几点：

（1）选用密封性能好的电机和轴承，防止环境污染，避免矿井粉尘进入，确保轴承内部的清洁。

（2）选用冷却电机轴承装置，改善电机工作条件。通过冷却水对电机轴承进行有效冷却，这样可以降低轴承运行温度，并且得到良好的润滑，延长轴承的使用寿命。

（3）电机负荷侧的轴承宜选用较大的轻型滚珠轴承，而空载侧则选用比负荷侧小的轻型滚子轴承，这样不但保证了轴承的承载能力，而且轴承的允许转速大大超过了电机的实际转速，达到或超过轴承的额定使用寿命。

3.2 控制安装质量

组装电机时，一定要保证定、转子铁芯对中，不得错位，安装轴承前，应先对其完好性进行仔细的检查。装配轴承，一般采用敲击法或热套法，前者应垫铜棒或钢管，钢管内径略大于轴径；热套法则将轴承放在干净的机油中加热至100～110℃，然后从油中取出，尽快装到轴上，并进行轴向紧固，确保轴承的装配精度。轴承腔内不能留有任何杂质，填加润滑油脂时必须保证洁净。

3.3 保持良好的润滑状态

润滑质量是电机轴承正常运行的关键，对轴承磨损、散热、防锈、密封、缓冲等均起到影响作用。正确选择润滑油种类，按照电机转速及负荷大小等运行条件进行选型。润滑油脂的粘度是形成润滑油膜的基本因素，对中负荷、中转速工况，选用中粘度润滑油脂；对重负荷、低转速工况，选用高粘度润滑油脂；对低负荷、高转速工况，选用低粘度润滑油脂。

3.4 运行与维护要求

（1）按照煤炭运输岗位作业标准，定期对电机轴承进行维护和保养，保持电机外壳洁净，通风、冷却装置不能有积垢。电机运行过程中，润滑油脂的性能会发生变化，因此需定期更换，严格按照标准加入润滑油脂，润滑脂的填充量为轴承腔容积的1/2～2/3，润滑油脂过量则会出现漏油。以球轴承直径系列4为例，更换润滑脂周期T=105×106/K n6d

式中：n-转速，r p m；d-轴承内径，mm；K-常数，直径系列4取值1.2。

（2）定期校核电机转子的动平衡，防止因轴弯曲、轴颈磨损、轴裂纹和转子断裂等因素而产生额外的振动。同时，检查电机轴承是否有剥落、压痕、锈蚀、裂纹、磨损等现象，因为振动对这些损伤因素很敏感。电机振动值应控制在表1规定的范围内。

表1 电机振动 （双振幅）允许值

3.5 加强温度监测

温度是表征刮板输送机是否正常运行的重要参数之一，通过温度监测，可以早期发现电机及轴承潜在问题，避免因电机轴承破坏所造成的非计划性停机。通常，电机轴承的温度随着运转开始逐渐上升，1～2h后达到稳定状态，如果电机轴承温度急骤上升，此时必须停止输送机的运转，并检查电机轴承及负载情况。

常用的温度监测方法，除了直接手摸感触外，可以借助于红外线测温仪等仪器检测。另外，还可以对电机控制系统安装温度巡检仪，利用温度传感器对电机定子和轴承温度时时进行监测。

3.6 消除轴电流

（1）在轴端安装接地碳刷，使接地碳刷可靠接地，且与转轴可靠接触，保证转轴电位为零电位，以降低轴电位。

（2）为防止磁不平衡等原因产生轴电流，可以在非轴伸端的轴承座与底板之间垫以绝缘垫板，轴承固定螺钉对轴承座绝缘，以切断轴电流回路。

（3）为了避免其他电机附件导线绝缘破损造成的轴电流，要求运行维修人员细致检查导线或垫片绝缘情况，以消除不必要的轴电流隐患。

4 结语

随着现代煤炭工业生产规模日益扩大，刮板输送机拖动电机的功率也越来越大。综上分析，刮板输送机电机抱轴故障系轴承装配不当、额外振动、润滑不良、轴电流因素所致。为此，应重点在选型、安装与装配、润滑、运行与维护、状态监测、消除轴电流等方面，采取可靠的技术措施，确保煤矿设备的安全运行。

再创底盘二次寿命，实现高效采矿低耗运营—— 威斯特中国卡特彼勒大型推土机底盘专题研讨会在鞍山顺利召开

日前，威斯特中国卡特彼勒大型推土机底盘专题研讨会在辽宁鞍山举办，向矿山行业介绍卡特彼勒在业界率先推出的推土机底盘管理服务及卡特彼勒代理商专有的定制履带服务 （CTS）。该项新服务能实现底盘的二次使用寿命，显著降低推土机设备的每小时运营成本，在国外矿山用户中广受赞誉。对于中国的大型矿山企业，这是一项全新但客户增值显著的服务项目，正收到越来越多中国用户的的关注。

来自包括神华、中煤、华能、霍林河、中铝、首钢、鞍钢、本钢等下属大型矿山，共21名设备管理部门领导和技术专家们参加了这次的底盘研讨会。研讨会中重点推出的卡特彼勒代理商专有的定制履带服务 （CTS），可以利用高科技仪器，如超声波指示器等来检测底盘各部件的磨损情况，通过系统软件分析预测底盘系统的使用寿命，并制定服务项目和使用时间，以有效地管理和降低客户运营成本。而卡特彼勒代理商基于CTS的检测结果，严格按照卡特彼勒的相关维修工艺，使用专业的设备和工具进行的翻套、支重轮调换、重焊履齿、四轮一带的修复等一系列底盘服务，能最大限度地延长链轨和履带板的使用寿命，使底盘的系统寿命翻倍。其中维修后的底盘寿命可延长一倍而相关的底盘服务费用只占传统方式更换新零部件费用的20%左右，大大减少了设备每小时的运营成本。

目前，威斯特中国已为神华准格尔煤矿完成了中国的第一台卡特D11T大型推土机定制履带服务和底盘管理服务。