劉智超

（大同煤礦集團(tuán)馬道頭煤業(yè)有限公司，山西 大同 037003）

大部分金屬礦、煤礦等井工開采的礦山通過礦井提升機(jī)運(yùn)輸?shù)V石、矸石、作業(yè)設(shè)備以及人員往返于地面與作業(yè)面，對井下作業(yè)過程中物料、人員進(jìn)出起到至關(guān)重要的作用。垂直提升機(jī)技術(shù)成熟，具有安全性、可靠性等優(yōu)點，同時使用費(fèi)用較低，作為礦井的“咽喉設(shè)備”，保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)對礦井安全生產(chǎn)十分重要。主軸裝置是提升機(jī)的最主要配件，占提升機(jī)的絕大部分重量，為了避免主軸斷裂故障，必須準(zhǔn)確且及時修復(fù)故障隱患。

大同煤礦集團(tuán)馬道頭煤礦位于大同煤田西南部左云縣境內(nèi)，設(shè)計年產(chǎn)量為10Mt，礦井主采煤層埋深約為400m，現(xiàn)主要開采工作面為8210工作面、8209工作面。馬道頭煤礦提升機(jī)由于長時間運(yùn)轉(zhuǎn)，主軸、傳動軸出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，傳動軸輸出端上軸瓦磨損嚴(yán)重，影響了煤礦的正常生產(chǎn)，因此，需要對主軸斷裂問題進(jìn)行分析，并采取修復(fù)措施。

1 提升機(jī)主軸裝置

提升機(jī)最主要的工作機(jī)構(gòu)為主軸裝置，包含主軸、摩擦輪、制動盤、軸承、軸承座、軸承蓋、軸承梁、高強(qiáng)度螺栓組件、摩擦襯墊、固定塊、壓塊、夾板等零部件。多繩摩擦式提升機(jī)的主要承載機(jī)構(gòu)也是主軸裝置，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中將電動機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩傳送至主軸，同時提升機(jī)為了提升鋼絲纜繩會相應(yīng)產(chǎn)生動載荷和一些沖擊載荷，通過和主軸裝置中的摩擦輪聯(lián)接，并通過摩擦輪的兩側(cè)傳輸至主軸。為確保提升設(shè)備的安全、可靠運(yùn)行，同時盡量增加提升速率和運(yùn)載能力，需要加強(qiáng)主軸的強(qiáng)度以確保其能夠承載所受到轉(zhuǎn)矩、各類動載荷、沖擊載荷以及自身重力影響。因此，主軸裝置中的各構(gòu)件中，主軸使用整體式鍛造，軸上的法蘭盤一體鍛造后經(jīng)機(jī)加工成型；摩擦輪載荷要求低于主軸，因此在制造過程中為整體焊接成型，大型摩擦輪受加工因素影響，加工成半刨分式構(gòu)件后通過高強(qiáng)螺栓和定位銷聯(lián)接成型；制動盤大部分也是直接焊接在摩擦輪輪殼處，大型提升設(shè)備的制動盤為對稱安裝的雙制動盤，同時大型制動盤為通過定位銷和高強(qiáng)螺栓聯(lián)接的半刨分式構(gòu)件，該類制動需要的力矩通過大平面摩擦副傳遞實現(xiàn)；主軸裝置中軸承由傳統(tǒng)滑動軸承改為調(diào)心軸承，相對體積減小，同時其軸承中心可以通過微量轉(zhuǎn)動補(bǔ)償軸承由于受到彎曲、熱變形等因素造成的軸向作用，該類軸承壽命較長，維護(hù)量小。

2 主軸斷裂分析

根據(jù)主軸斷裂情況進(jìn)行分析，如下：

（1）斷裂傳動軸的斷口出現(xiàn)在鍵槽位置，斷口顯現(xiàn)處顯示光滑區(qū)域和顆粒狀區(qū)域，根據(jù)特征判斷傳動軸斷裂主因為疲勞破壞。使用對焊方式進(jìn)行簡單修復(fù)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)后第二天再次斷開，說明該類修復(fù)方式不能滿足傳動軸受到交變彎矩和扭矩以及沖擊作用。

（2）拆卸下的傳動軸輸出端上軸瓦磨損嚴(yán)重，同時軸瓦與傳動軸之間相對間距不均衡，傳動軸部分位置出現(xiàn)較大間隙，最大間隙約為3mm,說明設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中軸的傳動并不平穩(wěn)，受到較大沖擊作用。并且潤滑油注入量小，潤滑效果差，軸瓦對應(yīng)軸頸處有明顯的溝痕，說明軸瓦在使用過程中效果不理想，材料選擇和使用都有不當(dāng)之處。

（3）傳動軸等人字齒輪處沒有明顯磨損和破壞，雖然工作時齒輪會受到?jīng)_擊，人字齒輪齒線廓為斜線，同時螺旋角大，相應(yīng)的重合度也較為合適，主軸傳動平穩(wěn)，并且平衡兩斜齒輪的軸向力，提高承載能力，同時不會產(chǎn)生較大的噪音。

3 傳動軸斷裂修復(fù)工藝方案

根據(jù)上述分析，為了保證修復(fù)后提升設(shè)備能夠良好運(yùn)轉(zhuǎn)，傳動軸等修復(fù)不僅需修復(fù)傳動軸，并且需要重選軸瓦，并且相應(yīng)提高潤滑效率。同時加工過程中各加工階段進(jìn)行尺寸控制應(yīng)根據(jù)需要采用較為精密測量工具進(jìn)行，如百分表、游標(biāo)卡尺、千分尺。

3.1 傳動軸的斷軸修復(fù)

斷裂的傳動軸通過對焊直接焊接不能承受裝置運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩，會再次斷裂。為了保證修復(fù)后的轉(zhuǎn)動軸具有足夠剛性和韌性，使用鍛造法對傳動軸對接端進(jìn)行加工，并使用車床對傳動軸分成兩次進(jìn)行加工，加工至合適的尺寸，再進(jìn)行裝配。

具體操作過程如下：

（1）傳動軸鍛造處理。將傳動軸磨損較為嚴(yán)重的右半段換為鍛件，鍛件材料選取與傳動軸一致的材質(zhì)，即中碳合金鋼40Cr，加工配件初始尺寸Φ120×288mm。將需要鍛造的胚料加熱1200℃進(jìn)行鍛造加工，將材料熱鍛至Φ100×415mm，熱鍛階段結(jié)束。熱鍛后的配件進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，溫度調(diào)整到840℃時進(jìn)行油淬，之后溫度調(diào)整到570℃回火處理。鍛造階段完成后加工的鍛造件的金屬內(nèi)部組織改變，配件機(jī)械性能提高，洛氏硬度可以達(dá)到28～32HRC，同時表面粗糙度降低，機(jī)械加工性能相應(yīng)提高。

（2）車床粗加工。為了確保傳動軸焊接后符合公差的要求, 應(yīng)對斷裂的左右兩部分進(jìn)行粗加工。加工車床選取C6140型，根據(jù)需要分別對傳動軸兩接口進(jìn)行切削和鏜孔，加工過程中需要留出加工余量，右端水平方向預(yù)留1.5mm，車床加工后兩接口的軸孔應(yīng)進(jìn)行過渡式配合，為便于焊接，兩接口端加工成60°坡角。

（3）傳動軸焊接。焊接操作前使用定位塊支承將傳動軸固定至平臺，進(jìn)行焊接前對軸預(yù)熱處理，溫度升高至150～250℃，避免焊接應(yīng)力和不必要的變形，焊接部分溫度升至250～350℃，并恒溫3h。為了提高焊接質(zhì)量，焊接采用V型坡口，多層焊接，在保證傳動軸焊接后應(yīng)力分布能夠均勻的前提下，盡量減少焊接工作量和焊縫尺寸。

（4）傳動軸精加工。傳動軸的精加工的目的在于控制傳動軸的形位誤差，確保傳動軸具有良好的加工精度。焊接完成后的傳動軸應(yīng)置于中心架后進(jìn)行找正，通過百分表在頂尖孔處找正。

（5）軸與軸套的裝配。為了加強(qiáng)傳動軸強(qiáng)度，尤其焊接厚度斷裂傳動軸，采用過盈式配合，同時軸套長度調(diào)整為255mm，并且外徑保有1mm的加工余量。裝配采用熱壓裝配，取消軸處的鍵槽，改進(jìn)后軸套部分受力更加均勻，相應(yīng)傳動軸強(qiáng)度增加。最后對完成焊接及裝配的傳動軸進(jìn)行進(jìn)一步精細(xì)加工，由于軸徑出現(xiàn)的磨損，所以需要調(diào)整。同時軸套也需要進(jìn)行相應(yīng)加工和細(xì)磨。應(yīng)按照傳動軸設(shè)計的表面粗糙度和公差進(jìn)行精車和打磨。

3.2 傳動軸軸瓦的改進(jìn)

傳動軸軸瓦的作用是承載軸頸壓力，穩(wěn)定油膜，減少摩擦，使軸瓦表面和軸頸表面間保持一定速率的相對滑動。但是軸承與軸瓦直接接觸會摩擦并且彼此磨損，同時產(chǎn)生高溫影響潤滑油效果，并且燒壞軸瓦。為確保軸承間正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需保持軸承和軸瓦間等間隙，減少磨損，使軸瓦性能良好，改變原有潤滑方式，提高軸瓦加工精度。

（1）軸瓦間潤滑模式。最初軸承間潤滑方式為滴油潤滑，效率低，易磨損。改為連續(xù)性供油，使瓦座中始終能夠被潤滑，潤滑油伴隨油環(huán)的轉(zhuǎn)動帶動到軸頸頂面，軸與軸瓦間會形成足夠厚度的油膜，促使軸承正常工作。

（2）使用ZCuPb30作為軸瓦的材料，并且保證物料的均勻性。軸瓦分兩次進(jìn)行加工，其上、下軸瓦尺寸分別為Φ69.5mm、Φ99mm，初加工應(yīng)保有1mm的加工余量，后期通過車床粗加工后進(jìn)行切割，上下軸瓦組合再使用車床進(jìn)行精加工直至標(biāo)準(zhǔn)尺寸，適配后確保與主軸組合后能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語

根據(jù)實際使用情況，通過采用熱鍛對斷軸加工后使用，改變對接端坡角，延長軸套長度，以及更換更為合適軸瓦，一方面保證修復(fù)后傳動軸的剛性要求，同時提高了傳動軸運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。經(jīng)過2年的使用，該方法效果良好，具有很好的實用性、可靠性和可行性。