賈國憲 王洪濤

（遼寧省調(diào)兵山市鐵法煤業(yè)集團機械制造有限責任公司，遼寧 調(diào)兵山 112700）

1 概述

鐵煤集團大平礦主井采用瑞典ABB公司生產(chǎn)的型號HSVE4.8提升機，2002年調(diào)試后投入使用，在2014年11月定期檢查中發(fā)現(xiàn)主軸遠離電機端主軸臺肩與輪轂腹板連接處沿周向開裂且沿徑向裂至外緣，損傷情況見圖1，經(jīng)與瑞典ABB公司北京辦事處聯(lián)系，制造一件同樣的主軸大約需要6個月時間才能到貨。如停產(chǎn)半年，損失巨大，為此集團公司領(lǐng)導大膽決策，采用漲縮法對該主軸進行修復(fù)再用。

圖1 HSVE4.8提升機滾筒開裂部位現(xiàn)場照片

2 HSVE4.8主井提升機主要技術(shù)參數(shù)及滾筒結(jié)構(gòu)

2.1 提升機的主要技術(shù)參數(shù)

提升機的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

2.2 提升機滾筒的結(jié)構(gòu)

HSVE4.8提升機采用電機與滾筒共用主軸結(jié)構(gòu)，如圖2所示，Ф4800mm的滾筒左右腹板法蘭各通過內(nèi)圈31個和外圈8個M30螺栓與主軸上的定位臺肩固定連接，另一側(cè)電機的轉(zhuǎn)子錐面配合固定在主軸上。

表1 提升機的主要技術(shù)參數(shù)

圖2 HSVE4.8提升機滾筒結(jié)構(gòu)（單位：mm）

圖3 滾筒開裂部位圖（單位：mm）

3 HSVE4.8提升機滾筒修復(fù)方案確定

在查取大量相關(guān)資料，比較、反復(fù)論證后，可采用的方案只有焊接法和漲縮法，采用加強焊接的方案實施簡單，不需拆卸軸承座，但是實施后的有效性及后果不易控制，由于開裂處距離主軸較近，需實施焊接的部位面積較大，焊接時間較長，導致主軸周圍溫升高，主軸及腹板變形難以控制，同時熱量也會傳導到軸承部位，影響軸承的繼續(xù)使用。

漲縮法過盈連接是一種較成熟的方法，利用火焰、介質(zhì)、電阻、感應(yīng)等加熱方式將包容件加熱到一定溫度，使包容件內(nèi)徑加大，形成裝配間隙，然后將被包容件裝入包容件內(nèi)，或?qū)菁兹氡话菁?，冷卻后形成過盈連接。由于材料的彈性變形，使配合面之間產(chǎn)生壓力，因此在工作時配合面間具有相當大的摩擦力來傳遞扭矩或軸向力，經(jīng)過計算漲縮法過盈聯(lián)接可傳遞的載荷完全能夠滿足該滾筒的額定負荷。

4 HSVE4.8提升機滾筒修復(fù)方案實施

4.1 確定實施方案

制作一內(nèi)徑Φ560mm厚度103mm的法蘭盤，該法蘭盤內(nèi)孔以過盈聯(lián)接方式固定在主軸Φ560mm處，法蘭盤通過內(nèi)圈31個、外圈8個M30的螺栓與滾筒軸肩開裂端腹板聯(lián)接，該聯(lián)接形式與原腹板與主軸臺肩聯(lián)接形式相同，需要反復(fù)論證的是法蘭盤內(nèi)徑Φ560mm處與主軸過盈量大小，該處過盈量的大小直接決定了可傳遞載荷的大小。如圖4。

圖4 法蘭盤與主軸過盈裝配圖（單位：mm）

4.2 現(xiàn)場測量

4.3 法蘭盤尺寸的確定

HSVE4.8提升機說明書中軸的材質(zhì)標注瑞典SS標準1650號，經(jīng)查對照，相當于國標GB鋼材45號，法蘭盤材質(zhì)采用27SiMn，內(nèi)徑Φ560mm，外徑根據(jù)滾筒腹板聯(lián)接表面實際情況并考慮熱漲后的強度及塑性變形因素定為Φ860mm，長度考慮現(xiàn)有可利用材料及傳遞扭矩大小定為103mm。

4.4 電機轉(zhuǎn)矩計算

已知：滾筒直徑：D=4800mm，電機功率P=3600kW，最大提升線速度v=12m/s

因滾筒主軸臺肩處已經(jīng)斷裂，修復(fù)方案只是為避免損失擴大的臨時措施，公司決定將滾筒主軸修復(fù)后該礦煤炭產(chǎn)量調(diào)整為正常產(chǎn)量的一半。相應(yīng)的額定扭矩可調(diào)整為Tp=T/2=720/2=360kN.m，如果取安全系數(shù)n=1.33，則計算扭矩為M=1.33×360=480kN.m。

4.5 法蘭盤過盈量的確定

過盈量設(shè)計的不夠，工作中法蘭與主軸會產(chǎn)生松動，過盈量過大，零件發(fā)生疲勞損壞，影響使用壽命。

為簡化計算過程，網(wǎng)上下載一個《應(yīng)用Excel進行過盈配合的計算和選擇》Excel軟件，該軟件是按《機械設(shè)計手冊》中過盈聯(lián)接章節(jié)中圓柱面過盈聯(lián)接的相應(yīng)計算公式編制的，通過比對手冊的舉例對該軟件進行了檢驗，軟件計算結(jié)果與手冊舉例計算結(jié)果完全相同。

計算時只需在Excel表格的表1中輸入相應(yīng)的已知條件，包容件與被包容件過盈量大小、結(jié)合力、應(yīng)力等計算結(jié)果一目了然，快捷方便。計算結(jié)果如圖5。

（1）M=480kN.m

（2）結(jié)合直徑d=560mm；

（3）結(jié)合長度L=103mm；

（4）包容件外徑d1=860mm，包容件內(nèi)徑d2=0；

（5）包容件被包容件的表面光潔度Ra1=Ra2=0.0016mm；

（6）包容件屈服點δs1=835MPa，被包容件δs1=835MPa；

（7）包容件及被包容件彈性模量E1=E2=21000N/mm2；

（8）包容件與被包容件泊松比ν1=ν2=0.3；

（9）摩擦系數(shù)μ=0.11。

5 現(xiàn)場安裝

現(xiàn)場我們采用油浴加熱，包容件受熱均勻，加熱油選用導熱油320。制作一加熱槽，將法蘭盤浸在加熱槽內(nèi)的導熱油中，通過4把火焊現(xiàn)場加熱。

加熱膨脹量計算Δl=d（結(jié)合直徑）×Δt（加熱溫差）×1.1×10-5（線膨脹系數(shù)）

圖5 輸入已知條件后的計算結(jié)果

6 總結(jié)

HSVE4.8主井提升絞車主軸經(jīng)過該方法修復(fù)后一直使用至2015年6月，完成了新主軸加工運至安裝現(xiàn)場的生產(chǎn)任務(wù)，經(jīng)過實踐檢驗該方法實用經(jīng)濟，為今后同類設(shè)備檢修提供了寶貴的經(jīng)驗。