主斜井带式输送机故障分析

任艳芳，张鹏展，侯延川

（三门峡化工机械有限公司，河南三门峡 472000）

0 引言

屯兰矿主斜井带式输送机投产时其工作基本正常，但由于使用中经常出现紧急停车、带负荷启动等现象，当输送机运行约一年半以后，其故障不断，主要表现在以下几个方面：减速器温升过高；Ⅲ轴齿轮齿面剥落和折断；油压盘闸制动系统工作不正常；控制系统工作不正常。

1 主要故障现象

1.1 减速器温升过高

1.2 Ⅲ轴齿轮齿面剥落和折断

输送机驱动装置中有3 台减速器不同程度地发生Ⅲ轴齿轮齿面大面积剥落甚至折断。

1）断口分析。通过观察失效的齿轮，其齿面剥落集中于齿面的一端，约占一半齿宽，说明齿面啮合不均匀，偏超载严重，可能与齿形精度及装配有关。经观察剥落坑，其形状不规则多呈片状坑，范围在5～15mm 不等，坑深1.5～2.5mm 不等，有宏观接触疲劳断口特征，属压碎型接触疲劳剥落。同时对剥落齿试样及其他齿面剥落均用扫描电镜进行端口微观分析，发现这些齿面剥落坑是通过疲劳裂纹萌生和扩展形成的。

通过分析材料的夹杂物，认为该齿轮过早齿面剥落失效主要材质原因是渗碳硬化层厚度太薄、渗碳层硬度及齿芯硬度较低，同时材料中严重氧化物夹杂加速裂纹萌生和发展也是齿面剥落的一个重要原因。

2）齿轮硬化层及硬度分析。对两种失效齿轮切制单齿试样，用磨光腐蚀法将齿廓表层的渗碳层硬化层和淬火层显示出来，可以直观地测量硬化层的分布、厚度及硬度。通过观察可以看出，20GrMnMo 齿轮的渗碳硬化层分布基本均匀但厚度不够，只有1.6mm，未能达到抗齿面剥落的渗碳层要求；40Cr 齿轮的淬火硬化层分布很不均匀，不仅下齿廓齿根部分没有硬化层，而且上齿廓两面硬化层厚度也不一样，相差一倍左右，其啮合工作面的硬化层最薄，只有1.0mm 的厚度，在高负荷下根本不能满足抗齿面剥落的要求。造成这一现象的主要原因与感应淬火装置的设计及工艺不当有关。齿根处看不到硬化层，说明此处未能感应淬火，是感应淬火的过渡区，隐存有淬火残余拉应力，容易引发齿根疲劳断裂。

1.3 油压盘闸制动系统工作不正常

由于盘闸二级制动失灵，常常产生紧急制动，使传动系统产生巨大冲击载荷，这是导致齿轮齿面损坏的直接原因。

而有时液压站压力偏低，制动闸不能完全松开，使输送机超负荷运行。如出现制动闸长时间在未完全松闸状态下工作，使制动盘产生发热甚至烧红现象。

1.4 控制系统工作不正常

输送机产生紧急制动后，控制系统应当立即停止驱动电动机工作，由于控制参数调整不当，常发生驱动滚筒停止运行时驱动电机仍然运转的不正常现象。

在对主斜井皮带故障分析及提出改造方案的过程中，对主斜井的皮带参数重新进行了计算，同时对皮带减速器Ⅲ轴齿轮齿面提取了样本，通过仪器分析失效原因，最终做出了整改方案。

学生出示按要求变化后的图形(图略)，教者结合图形用动画演示，引导同学们后得出相关结论仍然成立．(详细过程略)

2 改进措施

1）重新确定渗碳厚度及芯部硬度。

从齿轮齿面剥落及断齿失效分析可以看出，该减速器齿轮的材质问题及其加工工艺不当是产生齿面剥落的重要原因。该齿轮工作负荷很重，材料选择、渗碳厚度及芯部硬度应重新设计确定。

2）改变2#驱动滚筒的直径。

主斜井带式输送机的传动系统如图1 所示。当两主动滚筒存在有速度差，即1#和2#电机拖动的Ⅰ#驱动滚筒转速大于3#电机驱动的Ⅱ#滚筒转速时，张力变为：S3≤S2。

表1 带式输送机运行参数数据表

图1 主斜井带式输送机传动系统图

当3# 电机出力较小，且负载越大时，表现越严重，所以应改变Ⅱ#驱动滚筒的直径，消除两驱动滚筒的转速差，从而使两电机负载趋于平衡。

3）机尾拉紧装置拉紧力的确定。

机尾拉紧装置拉紧力过大，会增长输送带的张力，使驱动装置电动机负荷增大，驱动滚筒及其改向滚筒的轴承负荷力加大，并且严重影响输送带的使用寿命；而机尾拉紧装置拉紧力过小，会影响输送机工作的平稳性，因此必须合理确定机尾拉紧装置的拉紧力。

拉紧装置的配重应在重载的情况下合理选择，应该在重载运行时，改变配重（从大到小），观察记录各电机的运行参数，并选择最佳配重。

4）驱动装置减速器冷却和润滑系统的设置。

通过对驱动装置减速器的热平衡计算可以得出，仅仅依靠减速器箱体表面的散热面积进行热交换，不能够保证润滑油的工作温度。

图2

采用蛇形管式冷却器，由于箱体内铺设蛇形管长度的限制，其散热面积远远达不到热平衡的要求。可以采用如图2 所示的强制式冷却和润滑系统，可以保证该驱动装置减速器润滑油工作温度不超过65℃。同时由于系统中采用了超强磁过滤器和过滤比很高的超精细过滤器，完全可以保证驱动减速器润滑油的清洁度，以减少齿轮和轴承的磨损。

5）水平缓冲煤仓的设计。

在综合机械化矿井基本生产系统中，地面运输系统是煤流的最后环节，其功能与工作面系统、井下运输系统等为串联关系，因此，地面运输系统的可靠性对整个生产系统的可靠性具有重要影响。

通过对系统的运行参数分析及其计算说明，主斜带式输送机频繁的重载启动及其停车，是输送机驱动装置减速器损坏的直接原因。因此，在输送机卸载点与选煤楼带式输送机之间设置水平缓冲煤仓，可以从根本上解决主斜井输送机重载停车与重载启动的问题。

6）润滑油的污染控制及其主动预防性维护策略。

由于油液的污染引起理化性能劣化，污染磨损引起系统过热，从而使机器的工作可靠性大大降低，如果不及时采取纠正措施，则将引起材料的磨损、工作性能下降，最终导致机器的完全失效。

为了控制油液的污染采取以下措施：（1）加强对油质的管理，以降低污染物的侵入率；（2）严格执行正常的油脂化验制度，对油液的污染度、黏度、水分等指标进行定期测试；（3）选用性能可靠的精细过滤器，以提高系统对污染物的滤除能力；（4）对系统及其油箱进行定期清洗。

7）合理启动时间的确定。

根据带式输送机起动张力不超过输送带额定张力的140%～180%，同时通过公式计算得出带式输送机的起动时间控制在12.5s 左右较为合理。

3 结语

通过特性失效分析以及油质电气参数的分析检测表明，进行主斜井带式输送机的技术改造是一项复杂的系统工程，必须从调整系统运行参数入手，采用驱动装置减速器的整体修复、减速器冷却和润滑系统的设置、设置水平缓冲煤仓、减速器润滑油的污染控制及其它技术改造措施，方可确保主斜井带式输送机安全可靠运行，避免设备损坏和重大人身伤亡，确保矿井的安全正常生产。

［1］贾悦谦，伊常德，朱培华，等.综采技术手册［M］.北京：煤炭工业出版社，1997.

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