带式输送机用减速机断轴的分析
带式输送机用减速机断轴的分析
阳泉煤业集团华越机械有限公司 张东军
摘 要 带式输送机减速机的输入轴断轴，将给煤矿安全生产造成一定影响。本文结合实际案例，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 分析
带式输送机在使用过程时有时会遇到某些驱动减速机的输入轴断轴的情况,给用户的安
全生产造成一定的影响。断轴时通常发生在输入轴端，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平齐，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
1.1 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输入轴由于强度低而发生断轴；
1.2 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，使减速机输入轴上产生较大应力从而发生断裂；
1.3 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，应当认真仔细的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输入轴增加径向载荷，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。
1.4 减速机本身的固定程度导致输入轴断轴。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 减速机断轴的内在因素：
2.1 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。
2.2 减速机输入轴处轴肩处过渡圆角的较小，使应力集中，严重时发生疲劳破坏；
2.3 减速机为垂直轴形式，第一级输入轴为伞齿轮轴，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；
2.4 减速机为硬齿面减速机，减速机输入轴直径较细，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、直径较小的减速器输入轴上，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。
2.5 输入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；
2.6 输入轴的材料选用不当。
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1900米，实际铺设1200米，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，采用进口品牌的减速机，高速端采用带制动轮的蛇形弹簧联轴器。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。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。
对断轴进行材质和机械性能检测，发现材料基本满足要求，硬度不均匀，且硬度较低。
对上述事故进行分析，初步认为：
3.1高速轴对中情况不好，使电机、减速机轴产生振动。
3.2轴的材料或热处理存在问题。
4、避免和减少减速机轴断轴的方法和措施
4.1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。
4.2 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较高的同心度，能保证。当两轴不同心时, 电机与减速器之间的联轴节或带制动轮的联轴节处会发出异常响声 , 往往也伴有与电机转动频率相同的振动 。
4.3 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；
4.4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。
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输入轴的断轴问题。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：张东军（1970--），男，河北赵县人，机制工程师。毕业于山西矿业学院机制专业，现在阳泉煤业集团华越机械有限公司技术中心工作，长期从事带式输送机的设计与研发。