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    皮帶輸送機電機斷軸原因分析與改進

    文章來源:http://www.bangklam.com 發布時間:2018-10-10 14:06 瀏覽次數:
    某公司皮帶輸送機電機在試運行期間正常運行130多小時后出現了連續兩次斷軸故障,本文詳細介紹了皮帶輸送機電機斷軸原因分析并尋求解決處理方案,取得了較好的效果。
     
    輸煤系統所用3#、4#皮帶輸送機輸送能力10501/h,采用電機驅動液力耦合器減速機,減速機驅動皮帶,工況為間歇運行,根據鍋爐系統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3#皮帶與4#皮帶輸送機在正常運行時電機軸相繼斷裂,軸材質為45#鋼,斷裂處為軸徑Φ80過渡至Φ75的軸肩截面。
     
    3#、4#皮帶輸送機設備配置相同,電機軸斷裂部位相同,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)存在應力集中變徑處異常尖銳),運轉過程中因應力集中產生微小裂紋,裂紋逐步加深,形成約占軸截面2/3的光滑面,粗糙面是裂紋擴展達到2/3左右界面后,剩余面積承受載荷超過材質屈服極限而瞬間撕裂破壞造成。
     
    從皮帶輸送機電機軸加工工藝、軸材質等方面,對產生原因進行了分析,同時,對在如此短的時間內出現斷軸現象進行徹底分析并提出了改進措施。
    1、從軸斷裂截面處分析,發現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,造成應力集中,而圓角平滑過渡就可避免應力集中。
     
    2、從電機軸制造材質上看,電機軸材質為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,一般調質處理后的45#鋼表面硬度一般都達到25HRC左右,經查詢設備資料及詢問廠家發現軸未經過熱處理。45#鋼熱處理前抗拉強度≥600MPa,屈服強度≥355MPa;而經過調質處理可以獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能,軸徑為Φ75mm的45#鋼經850℃淬火+550℃回火調質處理后,其抗拉強度≥700MPa,屈服強度≥450MPa。
    為什么會在運行時間很短的情況下出現電機軸斷裂,我們從皮帶的傳動結構上進行了分析。
    由于電機功率超過150千瓦,按常規,設計院設計人員選擇的啟動方式為降壓啟動欹啟動),加速時間被設定為16~20s。而皮帶制造廠家也按照《運輸機械設計選型手冊》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。電機通過液力耦合器帶動減速機驅動皮帶輸送機運行,在電機受電后,緩慢啟動,經20s后達到額定轉速,負載加速力矩逐漸增大,同時電機軸受耦合器的反向扭矩逐漸增大,導致電機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動,相對運動之間存在滯后,造成在軟啟動器與液耦啟動達到額定轉速的過程中,由于電機加速與液耦滯后的作用相互影響,造成電
    機軸截面頻繁發生應力方向及大小的波動,且皮帶啟動時為重載,極易造成局部應力超出材質的屈服極限,一旦,軸截面出現微小裂紋俄們分析,因應力集中的原因,在變徑處出現微小裂紋),在如此頻繁變動的重載應力下,微小裂紋迅速擴展。同時,由于是試車階段,雖然皮帶總運行時間較短。
     
    但頻繁啟停的次數遠遠大于系統正常運行的啟停次數造成裂紋擴展加劇。
    3、小結:重負載運行電機軸,由于在軸徑Φ80過渡至Φ75的軸肩截面存在加工造成的應力集中,運行中出現微小裂紋,受電機軟啟動與液力耦合器延時滯后作用相互疊加,且電機軸質45#鋼)未進行調質處理,因應力集中而造成的裂紋逐漸擴展,當裂紋擴展程度達到截面的約2/3處,剩余面積承受載荷超過材質屈服極限強度而瞬間撕裂破壞,造成斷軸。
     
    改進方案
    1、取消液力耦合器,保留電機軟啟動,改成聯軸器與減速機直連的連接方式。
    2、電機軸肩處在加工時注意圓滑過渡倒角,并嚴格按制造工藝對電機軸進行調質處理,增強綜合機槭性能。
    經過改進處理后,3#、4#皮帶輸送機運行一年,情況穩定,再未出現斷軸故障。
     
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