带式输送机用减速机断轴分析

摘要：带式输送机在使用过程中会遇到某些驱动减速机的高速轴断轴的情况，给用户的安全生产造成一定的影响。带式输送机减速机的高速轴断轴将给煤矿安全生产造成一定影响。文章结合实际案例，分析了断轴的内外部因素，并提出了避免和减少减速机轴断轴的方法和措施。

关键词：带式输送机；减速机；断轴；高速轴；皮带机 文献标识码：A

中图分类号：TH132 文章编号：1009-2374（2015）32-0145-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.32.078

带式输送机在使用过程时会遇到某些驱动减速机的高速轴断轴的情况，给用户的安全生产造成一定的影响。断轴时通常发生在高速轴端，而输出轴却很少断轴，而且大多是垂直轴布置的减速机。严重时会发生在几条带式输送机上陆续断轴或同一带式输送机上几台减速机陆续断轴的现象，这种情况一般发生在所有断轴的减速机是同一个供货商的情况下。断轴的断裂处的茬口一般比较整齐，断面一般垂直于轴的长度方向。在井下大功率的带式输送机上发生断轴的情况较多。下面就断轴的机理和处理方法做一简要分析。

1 断轴的外部因素

（1）所选减速机的承载能力不够。带式输送机的驱动减速机选择不当，安全系数较小，当带式输送机的实际使用功率超过减速机的承载能力后，在一定时间内运行就可能会使驱动减速机的高速轴由于强度低而发生断轴；（2）制动轮和联轴器的动平衡不好。在电机轴和减速机轴之间通常安装带制动轮的液力偶合器或其他形式的联轴器，当制动轮和联轴器的动平衡不好、偏心严重时会使联轴器运转时产生较大的振动。当振动载荷达到一定程度时，使减速机高速轴上产生较大应力，从而发生断裂；（3）安装的同心度的偏差过大。在安装高速端的液力偶合器和制动轮时，应当认真仔细地调整减速机轴和电机轴之间的同心度，包括高度方向和角偏差。如果偏差过大，在运行时会使减速器高速轴增加径向载荷，加大轴上的弯矩，同时偶合器和制动轮产生过大的震动，长期运转会发生断轴现象；（4）减速机本身的固定程度导致高速轴断轴。驱动装置需要经常检查紧固件的紧固程度，通常由于振动等外在因素，导致驱动装置连接件松动，如不及时紧固，也可能会发生断轴。

2 断轴的内在因素

（1）减速机设计时轴断裂处应力过大。有些减速机轴直径变化太大，结构设计上不合理，存在较大应力；（2）减速机高速轴处轴肩处过渡圆角较小，使应力集中，严重时发生疲劳破坏；（3）减速机为垂直轴形式，第一级高速轴为伞齿轮轴，在伞齿轮支承轴承处过渡轴肩处出现较严重的应力集中而发生疲劳破坏；（4）减速机为硬齿面减速机，减速机高速轴直径较细，虽然计算强度时通过，但因为轴本身很细，同样在轴直径变化处应力集中严重并发生疲劳破坏，而且联轴器、制动器自身的重力，高速轴的扭转应力以及安装过程中的偏差而产生的附加径向力相互叠加，比较集中地作用在悬臂较长、直径较小的减速器高速轴上，当其弯扭组合应力超出轴自身设计的安全应力许用范围，必然造成断轴；（5）高速轴的热处理质量不合格，硬度分布不均匀，存在较大组织应力；（6）高速轴的材料选用不当。

3 实际案例

2015年3月22日，某矿发生皮带机减速机高速轴断裂事故。该皮带机设计长度1900m，实际铺设1200m，巷道近似水平，采用平行布置的三套驱动装置。电机功率3*450kW，额定转速1480r/min。高速端采用1120TBW-500型的带制动轮的蛇形弹簧联轴器。采用进口品牌的减速机，布置形式为垂直轴形式，传动比18，高速轴为锥齿轮轴，一端为圆锥齿轮，与二轴上的圆锥齿轮啮全；另一端为带键的光轴，与联轴器连接。轴的材质为18CrNiMo7-6，调质处理。在使用近一个月之后，第二驱动减速机高速端发生断轴。更换减速机四天之后，第一驱动减速机高速端又发生断轴。两次断裂，均为高速轴在轴肩处横向断裂，断口与轴线垂直，断口基本呈一平面，大部分区域较为平坦，只在中间靠外一点有扭曲的痕迹。

经了解，在第一次断裂前两天，曾发生联轴器蛇簧断裂的事故，只是矿方未加注意，同时，对一、三驱动的高速端检查发现，两断轴的联轴器均存在不对中的现象。平行偏差约1.5～2.0mm。现场对第一、三驱动的高速端联器做了调整，使其对中精度在允许范围内。

同时，该矿另一部同样配置的皮带机，在长度、坡度、输送量、带速、带强、电机功率等方面均相同，但减速机为另一进口品牌。该机已使用一年时间，未发生质量问题。而设计计算结果也表明，减速机额定功率、额定扭矩满足要求。为弄清楚事故发生的真正原因，将两件断轴送到北京的权威机构进行分析。通过对减速器高速轴进行材质和机械性能检测，发现高速轴材质（18CrNiMo7-6）化学成分和拉伸力学性能基本满足要求，金相组织为正常的回火索氏体。非金属夹杂物含量不高，低倍组织均匀，未检查到异常的材料缺陷，均符合相关材料标准要求。减速器高速轴为低应力下的高周旋转弯曲疲劳断裂，起裂源位于键槽的棱边应力集中处，起裂源区没有异常的材料缺陷。减速器高速轴为传递扭矩的零件，正常情况下是不承受或只承受很小弯曲应力作用，从疲劳断口的形貌分析，高速轴受到了较大的弯曲应力作用，表明运行过程中减速器没有保持良好的对中。这一点从高速端蛇簧联轴器断裂和现场对联轴器的调整也可看出。经过对上述事故的金相分析和拉伸力学性能分析，判定如下：（1）高速轴发生旋转弯曲疲劳断裂，弯曲应力作用是轴发生疲劳断裂的主要原因；（2）高速轴对中情况不好，使电机、减速机轴产生振动；（3）轴的材料或热处理不存在问题。

4 避免和减少减速机轴断轴的方法和措施

（1）减速机的选型应有安全裕度。减速机应有一定的安全系数，应根据电机功率，按照减速机厂家提供的选型办法对减速机的额定功率、额定输出扭矩、热容量等进行校核，满足使用要求或咨询减速机厂家。其额定功率一般应不小于电机功率的1.5倍；（2）安装和维修时注意调整电动机和减速机的同心度，使其达到常规的要求。电动机和减速机之间保持较高的同心度，能保证驱动装置稳定正常地运行。当两轴不同心时，电机与减速器之间的联轴器或带制动轮的联轴器处会发出异常响声，往往也伴有与电机转动频率相同的振动；（3）当安装空间允许时，尽量使用平行轴的减速机，而不使用垂直轴的减速机；（4）设法减少或控制液力偶合器和制动轮的不平衡力矩的大小；（5）做好日常检查，对电机、减速器紧固螺栓经常检查，一旦发现松动，应立即紧固。对高低速轴的联轴器也应经常检查，检查其同轴度是否满足要求。如不满足，对高低方向的误差可通过加减垫片的方法处理，对前后方向或端面不平行的误差可通过调整电机、减速器四个角上的顶丝来处理。对减速器应经常检查润滑油位，一般应在油位尺的上下刻度线中间。减速器高速轴由于转速高，更应有良好的润滑。使用中也发生过因缺油造成高速轴或轴承损坏的情况。

通过上述方法基本上可以找到或解决带式输送机的驱动减速机高速轴的断轴问题。在工作频繁的皮带运输机系统中应当适当配备必要的减速机备品备件，以便及时更换，以避免影响正常生产。

作者简介：张东军（1970-），男，河北赵县人，阳泉煤业集团华越机械有限公司技术中心机制工程师，研究方向：带式输送机的设计与研发。

（责任编辑：蒋建华）