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皮帶輸送機(jī)電機(jī)斷軸原因分析與改進(jìn)

文章來(lái)源：http://mm595.cn 發(fā)布時(shí)間：2018-10-10 14:06 瀏覽次數(shù)：

某公司皮帶輸送機(jī)電機(jī)在試運(yùn)行期間正常運(yùn)行130多小時(shí)后出現(xiàn)了連續(xù)兩次斷軸故障,本文詳細(xì)介紹了皮帶輸送機(jī)電機(jī)斷軸原因分析并尋求解決處理方案,取得了較好的效果。

輸煤系統(tǒng)所用3#、4#皮帶輸送機(jī)輸送能力10501/h,采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)液力耦合器減速機(jī),減速機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶,工況為間歇運(yùn)行,根據(jù)鍋爐系統(tǒng)需求每班上煤時(shí)間約2~3h,具體配置如下表1。

2013年9月份,輸煤系統(tǒng)3#皮帶與4#皮帶輸送機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)電機(jī)軸相繼斷裂,軸材質(zhì)為45#鋼,斷裂處為軸徑Φ80過(guò)渡至Φ75的軸肩截面。

3#、4#皮帶輸送機(jī)設(shè)備配置相同,電機(jī)軸斷裂部位相同,斷裂截面形狀相似,分析軸斷裂截面外觀。

如圖1,軸2B3斷裂截面較為光滑,其余1/3截面較為粗糙,根據(jù)截面外觀初步判斷,是加工原因,在斷裂處軸徑Φ80過(guò)渡至Φ75的軸肩截面)存在應(yīng)力集中變徑處異常尖銳),運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中因應(yīng)力集中產(chǎn)生微小裂紋,裂紋逐步加深,形成約占軸截面2/3的光滑面,粗糙面是裂紋擴(kuò)展達(dá)到2/3左右界面后,剩余面積承受載荷超過(guò)材質(zhì)屈服極限而瞬間撕裂破壞造成。

從皮帶輸送機(jī)電機(jī)軸加工工藝、軸材質(zhì)等方面,對(duì)產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析,同時(shí),對(duì)在如此短的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)斷軸現(xiàn)象進(jìn)行徹底分析并提出了改進(jìn)措施。

1、從軸斷裂截面處分析,發(fā)現(xiàn)在斷裂的軸肩過(guò)渡部位為直角,基本沒(méi)有圓滑過(guò)渡,極易造成應(yīng)力集中。如下圖扭矩受力分析圖,軸徑Φ80過(guò)渡至Φ75,圖2為直角過(guò)渡,圖3為R5圓角過(guò)渡,在承受相同扭矩載荷下,可以看出直角部位因截面形狀突然改變,造成應(yīng)力集中,而圓角平滑過(guò)渡就可避免應(yīng)力集中。

2、從電機(jī)軸制造材質(zhì)上看,電機(jī)軸材質(zhì)為45#鋼,軸徑Φ75mm,通過(guò)檢測(cè)軸的表面硬度,硬度值為210HBS左右,硬度值偏低,一般調(diào)質(zhì)處理后的45#鋼表面硬度一般都達(dá)到25HRC左右,經(jīng)查詢?cè)O(shè)備資料及詢問(wèn)廠家發(fā)現(xiàn)軸未經(jīng)過(guò)熱處理。45#鋼熱處理前抗拉強(qiáng)度≥600MPa,屈服強(qiáng)度≥355MPa;而經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理可以獲得較高的強(qiáng)度和韌性等綜合機(jī)械性能,軸徑為Φ75mm的45#鋼經(jīng)850℃淬火+550℃回火調(diào)質(zhì)處理后,其抗拉強(qiáng)度≥700MPa,屈服強(qiáng)度≥450MPa。

為什么會(huì)在運(yùn)行時(shí)間很短的情況下出現(xiàn)電機(jī)軸斷裂,我們從皮帶的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了分析。

由于電機(jī)功率超過(guò)150千瓦,按常規(guī),設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)人員選擇的啟動(dòng)方式為降壓?jiǎn)?dòng)欹啟動(dòng)),加速時(shí)間被設(shè)定為16~20s。而皮帶制造廠家也按照《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選型手冊(cè)》配置了液力耦合器,為限矩型液耦,也具有延時(shí)緩慢啟動(dòng)功能,見(jiàn)圖4。電機(jī)通過(guò)液力耦合器帶動(dòng)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶輸送機(jī)運(yùn)行,在電機(jī)受電后,緩慢啟動(dòng),經(jīng)20s后達(dá)到額定轉(zhuǎn)速,負(fù)載加速力矩逐漸增大,同時(shí)電機(jī)軸受耦合器的反向扭矩逐漸增大,導(dǎo)致電機(jī)與耦合器之間軸段在較長(zhǎng)時(shí)間存在加速過(guò)程,又由于耦合器輸入軸與輸出軸間依靠潤(rùn)滑油驅(qū)動(dòng),相對(duì)運(yùn)動(dòng)之間存在滯后,造成在軟啟動(dòng)器與液耦啟動(dòng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的過(guò)程中,由于電機(jī)加速與液耦滯后的作用相互影響,造成電

機(jī)軸截面頻繁發(fā)生應(yīng)力方向及大小的波動(dòng),且皮帶啟動(dòng)時(shí)為重載,極易造成局部應(yīng)力超出材質(zhì)的屈服極限,一旦,軸截面出現(xiàn)微小裂紋俄們分析,因應(yīng)力集中的原因,在變徑處出現(xiàn)微小裂紋),在如此頻繁變動(dòng)的重載應(yīng)力下,微小裂紋迅速擴(kuò)展。同時(shí),由于是試車階段,雖然皮帶總運(yùn)行時(shí)間較短。

但頻繁啟停的次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)正常運(yùn)行的啟停次數(shù)造成裂紋擴(kuò)展加劇。

3、小結(jié):重負(fù)載運(yùn)行電機(jī)軸,由于在軸徑Φ80過(guò)渡至Φ75的軸肩截面存在加工造成的應(yīng)力集中,運(yùn)行中出現(xiàn)微小裂紋,受電機(jī)軟啟動(dòng)與液力耦合器延時(shí)滯后作用相互疊加,且電機(jī)軸質(zhì)45#鋼)未進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,因應(yīng)力集中而造成的裂紋逐漸擴(kuò)展,當(dāng)裂紋擴(kuò)展程度達(dá)到截面的約2/3處,剩余面積承受載荷超過(guò)材質(zhì)屈服極限強(qiáng)度而瞬間撕裂破壞,造成斷軸。

改進(jìn)方案

1、取消液力耦合器,保留電機(jī)軟啟動(dòng),改成聯(lián)軸器與減速機(jī)直連的連接方式。

2、電機(jī)軸肩處在加工時(shí)注意圓滑過(guò)渡倒角,并嚴(yán)格按制造工藝對(duì)電機(jī)軸進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,增強(qiáng)綜合機(jī)槭性能。

經(jīng)過(guò)改進(jìn)處理后,3#、4#皮帶輸送機(jī)運(yùn)行一年,情況穩(wěn)定,再未出現(xiàn)斷軸故障。

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