盧志剛

（山西焦煤西山煤電馬蘭礦， 山西 古交 030200）

引言

在煤礦綜采工作面中，刮板輸送機(jī)是最主要的設(shè)備，通常1 臺(tái)刮板輸送機(jī)上設(shè)置2、3 臺(tái)的礦用減速器，在刮板輸送機(jī)中最主要的部件就是減速器，刮板輸送機(jī)是否可靠受減速器質(zhì)量的影響。

通過(guò)統(tǒng)計(jì)反饋的質(zhì)量信息，在減速器輸入軸軸承發(fā)生故障的概率中功率在700 kW 以上發(fā)生故障的幾率占有非常大的比重，對(duì)煤礦采煤的安全生產(chǎn)與效率有很大的影響[1-3]，增加了維護(hù)成本，因此，對(duì)減速器輸入軸軸承損壞現(xiàn)象原因及解決措施展開(kāi)研究。

1 減速器輸入軸組的主要構(gòu)成

減速器的錐齒輪副被應(yīng)用在刮板輸送機(jī)中，骨架油封、透蓋、間隔套、軸承杯、軸承與錐齒輪軸構(gòu)成了輸入軸組。并且輸入軸組的結(jié)構(gòu)是懸臂軸式，通常設(shè)置的軸承是3 個(gè)，在3 個(gè)軸承中，徑向力與軸向力被承受的分別是球面滾子軸承與NU 圓柱滾子軸承、QJ四點(diǎn)接觸球軸承，圖1 就是輸入軸組的結(jié)構(gòu)圖。

圖1 輸入軸組結(jié)構(gòu)

2 分析輸入軸組軸承發(fā)生損壞的主要原因

通過(guò)對(duì)反饋質(zhì)量的信息進(jìn)行分析得知，球面滾子軸承發(fā)生軸承故障的次數(shù)最多。在本文中，主要是對(duì)球面滾子軸承發(fā)生損壞的主要原因進(jìn)行研究。在把輸入軸組進(jìn)行拆解之后發(fā)現(xiàn)，其損壞的主要現(xiàn)象有兩類：一是軸承的滾道與滾動(dòng)體的顏色稍微有黑色與藍(lán)色；二是內(nèi)外圈與保持架發(fā)生碎裂。下面就是對(duì)導(dǎo)致上面兩種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因。

1）經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，軸承的使用期限在20 000 h 以上，滿足設(shè)計(jì)條件，并把軸承強(qiáng)度中的欠缺因素排除在外。

2）在進(jìn)行安裝時(shí)，內(nèi)外圈的軸發(fā)生錯(cuò)位，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于單排的滾子受力，造成了軸承損壞。可軸承座與孔之間的公差是H7，并且圓度的精度是6 級(jí)，滿足能夠軸向移動(dòng)其外圈的靜比的有關(guān)條件；并在軸承的損壞位置沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有不均勻的磨損滾道的狀況。

3）由于軸承潤(rùn)滑較差的，導(dǎo)致在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)溫度太高，就會(huì)損壞軸承?，F(xiàn)在，強(qiáng)制潤(rùn)滑與浸油潤(rùn)滑是輸入軸主要的潤(rùn)滑措施，強(qiáng)制潤(rùn)滑就是強(qiáng)制潤(rùn)滑泵把潤(rùn)滑油自箱體油池中吸出來(lái)，然后將經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的一軸油路與箱體流進(jìn)一軸中，QJ 四點(diǎn)接觸球軸承和NU 圓柱滾子軸承之間位置就是出油口，球面滾子軸承把潤(rùn)滑油輸送到箱體油池內(nèi)，形成了循環(huán)的潤(rùn)滑油，圖2 就是輸入軸組強(qiáng)制潤(rùn)滑的示意圖。當(dāng)工作面漏油或傾斜時(shí)，導(dǎo)致球面滾子軸承欠缺的浸油量、欠缺的潤(rùn)滑而造成軸承損壞狀況中有此種方法，因此這個(gè)因素是主要原因。

圖2 輸入軸組強(qiáng)制潤(rùn)滑示意圖

4）由于軸承較差的散熱，所以軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的溫度會(huì)增高，進(jìn)而使軸承損壞。現(xiàn)在，水套冷卻是輸入軸軸承散熱與冷卻的主要方法，軸承產(chǎn)生的熱量可以被強(qiáng)制潤(rùn)滑帶至箱體油池中，水冷式翅片管冷卻器可以把油池中的熱量進(jìn)行散熱。

經(jīng)過(guò)收集井下的能夠采用的有關(guān)數(shù)據(jù)與溫升試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，1 000 kW 減速器處于熱平衡的狀態(tài)時(shí)，球面滾子軸承的外圈與油池在此時(shí)的溫度分別是100 ℃與80 ℃上下。輸入軸經(jīng)過(guò)使用有限元的分析法來(lái)分析其熱穩(wěn)態(tài)，第一步要做的就是對(duì)散熱與發(fā)熱的臨界條件進(jìn)行確定。

主要的發(fā)熱源包括：在轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪嚙合時(shí)會(huì)有摩擦產(chǎn)生，進(jìn)而有熱量產(chǎn)生；由于軸承轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)熱；由于軸和油封的接觸就會(huì)發(fā)生摩擦，進(jìn)而有熱量產(chǎn)生；當(dāng)齒輪在進(jìn)行攪拌油時(shí)，就會(huì)損失功率進(jìn)而產(chǎn)生熱量。

臨界散熱的條件：空氣與輸入軸的透蓋與軸伸的外露位置的熱量進(jìn)行換熱；水套和軸承座的換熱；軸承與齒輪嚙合由于轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的熱量被潤(rùn)滑油帶進(jìn)潤(rùn)滑油池內(nèi)進(jìn)行散熱。

繼而再分析，從圖3 中可以得知，球面滾子軸承中的滾動(dòng)體的溫度最高，大概在110 ℃，其剩余軸承與外圈的滾動(dòng)體的大概溫度在95 ℃，監(jiān)測(cè)的實(shí)際數(shù)據(jù)與模擬的有關(guān)數(shù)據(jù)一致。

圖3 輸入軸溫度云圖

經(jīng)過(guò)圖3 分析發(fā)現(xiàn)，整個(gè)輸入軸組的溫度都比較高，這樣就使?jié)櫥涂焖倮匣?，極不易形成油膜，極易使軸承發(fā)生損壞；QJ 四點(diǎn)接觸球軸承和NU 圓柱滾子軸承中的所有熱量會(huì)被潤(rùn)滑油帶至球面滾子軸承位置，并且其潤(rùn)滑油是強(qiáng)制潤(rùn)滑中的，對(duì)其散熱沒(méi)有幫助，因此此類因素是主要的原因。

軸承滾動(dòng)體的損壞與管道顏色帶有黑色、藍(lán)色現(xiàn)象和主要原因的分析一致，所以，若想解決此問(wèn)題就要降低把減速器油池的溫度與改變球面滾子軸承的潤(rùn)滑措施等。

3 解決的方法

1）當(dāng)設(shè)備的加工符合要求時(shí)，把軸承座處的外圓精度提高，就可以浮動(dòng)軸承的外圈。并且當(dāng)進(jìn)行組裝時(shí)，會(huì)把“在未合箱時(shí)，對(duì)球面滾子軸承的內(nèi)圈與外圈的平齊進(jìn)行檢查”等有關(guān)要求增加進(jìn)去。

2）當(dāng)把強(qiáng)制潤(rùn)滑的出油口增設(shè)到球面滾子軸承的外圈位置，確保軸承被完全潤(rùn)滑，而且可以把軸承所產(chǎn)生的全部熱量都帶走，并把節(jié)流油嘴設(shè)計(jì)在出油口處，確保潤(rùn)滑油存在于各個(gè)出油口，設(shè)計(jì)的節(jié)流油嘴孔的直徑是3 mm，圖4 就是改進(jìn)之后的輸入軸組強(qiáng)制潤(rùn)滑示意圖。

圖4 改進(jìn)后輸入軸組強(qiáng)制潤(rùn)滑示意圖

3）改變水冷式翅片管冷卻器材的材質(zhì)，用銅替代碳鋼。銅在常溫時(shí)的熱傳導(dǎo)率要比碳鋼大的多，在改變其材質(zhì)之后，換熱的效率得到了提高，潤(rùn)滑油在箱體油池中的溫度下降，進(jìn)而使輸入軸的溫度下降。

4 應(yīng)用效果

以上所講的幾種方法實(shí)施到功率為1 000 kW 的三級(jí)圓錐圓柱行星減速器中。在結(jié)束組裝之后，和未改進(jìn)減速器選取對(duì)應(yīng)措施自試車臺(tái)在出廠時(shí)進(jìn)行溫升實(shí)驗(yàn)，并且減速器的主試與陪試分別是改進(jìn)之前與改進(jìn)之后。把監(jiān)測(cè)輸入軸的球面滾子的外圈與油池的溫度的監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置到減速器中，圖5 就是油池的溫升曲線，在熱平衡到達(dá)之后，其減速器的主試與陪試的平衡溫度與輸入軸的溫度分別為76 ℃、68 ℃與97 ℃、90 ℃，有非常顯著的降溫效果。

圖5 油池溫升曲線

本文在結(jié)束改進(jìn)之后，把改進(jìn)前、后的減速器到試車臺(tái)中進(jìn)行溫升實(shí)驗(yàn)，并使用到了功率在700 kW以上的減速器中，獲得了顯著效果。由于逐漸推進(jìn)的智慧礦山，傳感器配置到被用于刮板輸送機(jī)的減速器中，如壓力傳感器、振動(dòng)傳感器、溫度傳感器等，經(jīng)過(guò)對(duì)其輸入軸承的冷卻與潤(rùn)滑狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)與了解，能夠更深層次地把軸承發(fā)生故障的可能性降低，進(jìn)而把維護(hù)成本降低，使刮板輸送機(jī)更加可靠。