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皮帶輸送機(jī)電機(jī)斷軸原因分析與改進(jìn)

文章來源：http://www.elegance-group.com.cn 發(fā)布時間：2018-10-10 14:06 瀏覽次數(shù)：

某公司皮帶輸送機(jī)電機(jī)在試運行期間正常運行130多小時后出現(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)動液力耦合器減速機(jī),減速機(jī)驅(qū)動皮帶,工況為間歇運行,根據(jù)鍋爐系統(tǒng)需求每班上煤時間約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)在正常運行時電機(jī)軸相繼斷裂,軸材質(zhì)為45#鋼,斷裂處為軸徑Φ80過渡至Φ75的軸肩截面

。

、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過渡至Φ75的軸肩截面)存在應(yīng)力集中變徑處異常尖銳),運轉(zhuǎn)過程中因應(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,對產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析,同時,對在如此短的時間內(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。

、從軸斷裂截面處分析,發(fā)現(xiàn)在斷裂的軸肩過渡部位為直角,基本沒有圓滑過渡,極易造成應(yīng)力集中

。如下圖扭矩受力分析圖,軸徑Φ80過渡至Φ75,圖2為直角過渡,圖3為R5圓角過渡,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,而圓角平滑過渡就可避免應(yīng)力集中。

、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,通過檢測軸的表面硬度,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)查詢設(shè)備資料及詢問廠家發(fā)現(xiàn)軸未經(jīng)過熱處理

。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。

為什么會在運行時間很短的情況下出現(xiàn)電機(jī)軸斷裂,我們從皮帶的傳動結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了分析

。

由于電機(jī)功率超過150千瓦,按常規(guī),設(shè)計院設(shè)計人員選擇的啟動方式為降壓啟動欹啟動),加速時間被設(shè)定為16~20s

。而皮帶制造廠家也按照《運輸機(jī)械設(shè)計選型手冊》配置了液力耦合器,為限矩型液耦,也具有延時緩慢啟動功能,見圖4。電機(jī)通過液力耦合器帶動減速機(jī)驅(qū)動皮帶輸送機(jī)運行,在電機(jī)受電后,緩慢啟動,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時間存在加速過程,又由于耦合器輸入軸與輸出軸間依靠潤滑油驅(qū)動,相對運動之間存在滯后,造成在軟啟動器與液耦啟動達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的過程中,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,且皮帶啟動時為重載,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),在如此頻繁變動的重載應(yīng)力下,微小裂紋迅速擴(kuò)展

。同時,由于是試車階段,雖然皮帶總運行時間較短

。

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

、小結(jié):重負(fù)載運行電機(jī)軸,由于在軸徑Φ80過渡至Φ75的軸肩截面存在加工造成的應(yīng)力集中,運行中出現(xiàn)微小裂紋,受電機(jī)軟啟動與液力耦合器延時滯后作用相互疊加,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,改成聯(lián)軸器與減速機(jī)直連的連接方式

。

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

經(jīng)過改進(jìn)處理后,3#

、4#皮帶輸送機(jī)運行一年,情況穩(wěn)定,再未出現(xiàn)斷軸故障。

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