提升機(jī)主軸損傷斷裂原因、預(yù)防及裂紋處理

1、提升機(jī)主軸損傷斷裂原因、預(yù)防及裂紋處理摘 要：對(duì)造成提升機(jī)主軸損傷斷裂的原因進(jìn)行分析，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況 結(jié)合失效分析理論提出預(yù)防及處理提升機(jī)主軸裂紋的方法。關(guān)鍵詞：提升機(jī)主軸裂紋 斷裂 預(yù)防1、前言礦井提升機(jī)是煤礦中煤、人員和物料等運(yùn)輸?shù)难屎?，是地面與井下生 產(chǎn)聯(lián)系的的中樞。其可靠性直接影響礦井生產(chǎn)和人員的安全，其中主軸的 可靠性尤為突出。但實(shí)際上由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工制造、材質(zhì)及熱處理工藝、 運(yùn)轉(zhuǎn)操作等原因，主軸極易產(chǎn)生裂紋，并由此而導(dǎo)致?lián)p傷斷裂，造成重大 的經(jīng)濟(jì)損失和事故。調(diào)查表明，全國(guó)各礦物局或煤業(yè)公司的部分礦井提升機(jī)主軸均不同程度 的存在損傷、裂紋甚至出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。而提升機(jī)主軸一旦突然斷裂

2、、又無 備用軸且更換復(fù)雜，將導(dǎo)致全礦停產(chǎn)，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此必須對(duì)提 升機(jī)主軸的損傷、斷裂進(jìn)行全面的分析與探討。2.1負(fù)荷過大礦井提升機(jī)主軸承受著的彎矩、扭矩，主要由提升容器、鋼絲繩、主軸、 滾筒、支輪的自重及載荷的重量與動(dòng)載荷、礦井阻力、軸承阻力產(chǎn)生。且 鋼絲繩出繩的位置及出繩角的大小將影響彎矩、扭矩的變化。彎矩在主軸 上產(chǎn)生正應(yīng)力，扭矩產(chǎn)生剪應(yīng)力，而這些應(yīng)力隨提升過程不斷變化，使提 升機(jī)一旦過載、突然起動(dòng)、制動(dòng)或多次重負(fù)荷沖擊時(shí)，主軸易產(chǎn)生損傷、 斷裂。2.2應(yīng)力集中提升機(jī)主軸與輪轂之間有鍵聯(lián)接，在鍵槽處會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中。從鍵槽的 統(tǒng)計(jì)資料看，鍵槽跟部的應(yīng)力集中比其他處高達(dá)34倍，因而雜

3、鍵槽跟部 極易開裂。提升機(jī)主軸截面成階梯狀。在階梯突變部位，如果過渡圓角沒 有足夠尺寸，即過渡不夠平滑，那么在階梯的跟部應(yīng)力分布是極其不均勻 的，根據(jù)光彈性試驗(yàn)的資料，階梯圓軸在扭矩作用下最大剪應(yīng)力比表面圓 周名義剪應(yīng)力大4倍，有可能超過剪切疲勞極限而產(chǎn)生疲勞裂紋。2.3裝配應(yīng)力過大安裝切向鍵時(shí)在主軸與輪轂之間會(huì)產(chǎn)生過大的裝配應(yīng)力或引起應(yīng)力分 布不均勻，增加應(yīng)力集中程度，從而加速該處疲勞裂紋的形成。2.4溫度應(yīng)力過大提升機(jī)主軸與減速器輸出軸之間一般用齒輪或齒輪聯(lián)軸器聯(lián)接.在拆裝 齒輪聯(lián)軸器或齒輪時(shí),一般要用加熱或冷卻的方法，由于溫度控制不好，在 軸頸內(nèi)容易產(chǎn)生溫度應(yīng)力.這些溫度應(yīng)力與載荷應(yīng)力共

4、同作用也會(huì)使局部 的應(yīng)力超過材料的疲勞極限而導(dǎo)致疲勞裂紋.2.5材質(zhì)不佳及熱處理工藝不合理提升機(jī)主軸由于結(jié)晶組織不均勻、偏析、晶粒粗大等原因，容易產(chǎn)生微 細(xì)裂紋。實(shí)驗(yàn)證明，裂紋沿著晶界面擴(kuò)展的速率比穿晶擴(kuò)展快的多，而且裂 合宏觀裂紋的過程也短的多。提升機(jī)主軸加工后因存在上述現(xiàn)象，所以當(dāng) 載荷較大時(shí)易產(chǎn)生損傷斷裂。而材質(zhì)不佳或加工質(zhì)量不合格，在主軸上也 會(huì)造成裂紋。2.6結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理提升機(jī)主軸及滾筒在制造及使用過程中，若存在靜不平衡或動(dòng)不平衡現(xiàn) 象，重心偏移使提升機(jī)在拖動(dòng)重載運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生巨大的附加脈動(dòng)載荷，從而 使提升機(jī)主軸產(chǎn)生疲勞、損壞、斷裂。2.7安裝調(diào)試不合格提升機(jī)主軸各支軸承的同心度和水

5、平度超過規(guī)定的范圍，使軸局部受力 過大，反復(fù)疲勞而斷裂。3、提升機(jī)主軸損傷斷裂的預(yù)防減少出現(xiàn)斷裂的因數(shù)，就是要對(duì)容易產(chǎn)生裂紋的部位進(jìn)行經(jīng)常檢查。一 般來說，開始出現(xiàn)宏觀疲勞裂紋的軸，其工作年限都有810年以上。具 體情況視各礦提升機(jī)工況而定。軸上常見裂紋的部位在有裝配件的區(qū)域附 近。就整個(gè)軸來說，這些部件往往經(jīng)常處于高應(yīng)力工作狀態(tài)。有的裂紋產(chǎn) 生在裝配區(qū)域內(nèi)，只有通過儀器才能發(fā)現(xiàn)。因此如有條件的話，對(duì)工作運(yùn) 行10年以上的軸應(yīng)進(jìn)行拆卸裝配件或超聲波檢查。對(duì)易造成損傷斷裂的因 數(shù)盡可能清除，如適當(dāng)降低負(fù)載，減少裝配應(yīng)力、溫度應(yīng)力及應(yīng)力集中現(xiàn) 象，正確安裝調(diào)試，保持主軸表面粗糙度符合設(shè)計(jì)要求，防止

6、明顯的刀痕、 傷疤，不得隨意加深鍵槽，不得在軸上任意鉆孔，不許任意改變過渡圓角 半徑，不得任意縮小軸的直徑。4、提升機(jī)主軸出現(xiàn)裂紋后應(yīng)采取的措施4.1延緩提升機(jī)主軸斷裂的時(shí)間疲勞裂紋一般朝著與最大主應(yīng)力垂直的方向擴(kuò)展，在裂紋擴(kuò)展方向 鑲嵌高韌性薄層材料可阻止裂紋的擴(kuò)展。降低裂紋所在部位的工作應(yīng)力，響應(yīng)地降低裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子 幅.主要靠降低載荷來實(shí)現(xiàn)。4.2推算提升機(jī)主軸的剩余壽命對(duì)已出現(xiàn)裂紋的提升機(jī)主軸，一般不會(huì)馬上斷裂，還能服務(wù)一段時(shí)間。因 而不應(yīng)馬上報(bào)廢而造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失?？筛鶕?jù)失效分析的理論特別是 斷裂力學(xué)的理論，比較準(zhǔn)確的推算出軸的剩余壽命.（1）探明軸內(nèi)裂紋的詳細(xì)情況，用超聲波或磁粉等探傷方法取得標(biāo)志裂 紋特征的全部數(shù)據(jù)（裂紋的形狀、尺寸、深度、位置、方向）；（2）對(duì)主軸材料在相同工藝處理?xiàng)l件下進(jìn)行各種試驗(yàn)，測(cè)出門檻值及其 它機(jī)械性