埋刮板輸送機(jī)配套減速機(jī)斷軸原因分析

埋刮板輸送機(jī)配套減速機(jī)斷軸原因分析
前言
液力偶合器是一種動(dòng)力式液力傳動(dòng)元件，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高，能帶動(dòng)負(fù)載平穩(wěn)啟動(dòng)，特別是它具有的過(guò)載保護(hù)和有效的減小起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊特點(diǎn) 
硬齒面減速機(jī)（齒面硬度HB350） 其可承載能力大、重量輕、體積小、成本低的優(yōu)點(diǎn)也得到了普遍的認(rèn)同。

　　物料輸送、搬倒工藝線路中，大都選用斗式提升機(jī)、埋刮板輸送機(jī)和皮帶輸送機(jī)為主要工作機(jī)。當(dāng)載荷動(dòng)力超過(guò)15kW以上時(shí)，通常采用電機(jī)液力偶合器工作機(jī)這種傳動(dòng)鏈的連接方式。
　　對(duì)一個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)講，若要保證它安全、平穩(wěn)正常的工作，不僅取決于每臺(tái)單機(jī)的技術(shù)性能和制造質(zhì)量，對(duì)各單機(jī)的合理配置、正確安裝及調(diào)試也是尤為重要的。
　　1、多臺(tái)減速機(jī)發(fā)生同部位斷軸  在生產(chǎn)線設(shè)備聯(lián)動(dòng)試車(chē)過(guò)程中，先后發(fā)生多次減速機(jī)高速軸斷軸事故。
　　以儲(chǔ)備糧項(xiàng)目中刮板輸送機(jī)（）為例， C1、C1 1、C2 1、C41的減速機(jī)高速軸的斷裂都是沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量，有的甚至是僅空載運(yùn)行4～5h后發(fā)生的。
　　2、減速機(jī)斷軸的原因發(fā)生斷軸（以C1刮板機(jī)為例）時(shí)，其傳動(dòng)鏈中電機(jī)、液力偶合器、減速機(jī)的聯(lián)接安裝方式如圖1.
　　在對(duì)斷軸原因分析中，排除了以下幾種可能性：
2.1設(shè)計(jì)參數(shù)選擇不合理，取值偏小，設(shè)計(jì)計(jì)算的軸功率比實(shí)際軸功率小，造成減速機(jī)選型過(guò)小。經(jīng)校核：式中：P―――刮板機(jī)軸功率， kW　L―――設(shè)備載料長(zhǎng)度，m　C―――設(shè)備頭尾輪長(zhǎng)度， m　V―――刮板機(jī)運(yùn)行速度， m/s―――物料載荷設(shè)計(jì)系數(shù)―――刮板載荷設(shè)計(jì)系數(shù)E―――設(shè)備頭尾輪高度差，m.
　　機(jī)承載能力計(jì)算系數(shù)）。
　　能力為53kW（42kW），滿足承載功率。備用系數(shù)為53/ 22.11 =2.39，理論計(jì)算應(yīng)是安全的。
　　2.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)架及其支撐設(shè)計(jì)合理、剛性強(qiáng)，運(yùn)行中沒(méi)有振動(dòng)及物料的沖擊載荷發(fā)生。
　　2.3 電機(jī)、液力偶合器、減速機(jī)的安裝精度沒(méi)有超出同軸度偏差（0.3～0.4mm）的要求。
　　四根斷軸的位置相同，截面形狀及其表面斷后高速摩擦形成的高溫氧化物也無(wú)較大差異。經(jīng)設(shè)備生產(chǎn)廠家技術(shù)人員檢測(cè)確定，斷軸屬于材料的疲勞失效。
　　3、液力偶合器與減速機(jī)組合受力分析聯(lián)接液力偶合器兩端電機(jī)的輸出軸為60mm ，減速機(jī)的輸出軸為30mm ，兩者相關(guān)2倍。斷軸分析初始，大食品科技家認(rèn)為是由于該軸太細(xì)造成。按減速機(jī)設(shè)備廠家提供的技術(shù)資料表明：硬齒面減速機(jī)輸入軸較細(xì)是其固有特點(diǎn)，它是由于受齒輪軸的加工工藝制約所決定的（尤其是圓錐傘齒輪軸）。但廠家使用了優(yōu)質(zhì)合金材料及改進(jìn)了熱處理工藝，雖然比過(guò)去常規(guī)選用的中軟（硬度HB350）齒輪軸軸徑相差4/7～1/2，但其δ倍的安全使用系數(shù)。此例的校核結(jié)果也證實(shí)，該軸的強(qiáng)度完全能夠承擔(dān)設(shè)計(jì)確定的載荷。排除內(nèi)部因素，究竟是什么外力造成減速機(jī)軸的疲勞失效呢：由于原設(shè)計(jì)對(duì)液力偶合器安裝方式的確定，液力偶合器自身的重量（50kg），以及安裝過(guò)程中的偏差和液力偶合器未做動(dòng)平衡而產(chǎn)生的附加徑向力Q ，比較集中的作用在懸臂較長(zhǎng)、直徑較細(xì)的減速機(jī)軸的危險(xiǎn)斷面上。電機(jī)的輸出軸雖然較粗，但其僅承擔(dān)了極少的附加徑向力。由于兩者的直徑不同，所能承受的彎曲應(yīng)力也不同（應(yīng)力與d成反比）。更為重要的是附加力Q到危險(xiǎn)斷面減速機(jī)軸C的距離比到危險(xiǎn)斷面電機(jī)軸A的距離長(zhǎng)（282mm 45mm =）237mm.此時(shí)兩斷面的應(yīng)力比為：即：C處承受彎曲應(yīng)力的能力僅為A處的1/50.
　　另外，由于軸的剛度與軸的直徑立方成正比，此時(shí)兩軸的剛度比為：即：電機(jī)軸線的剛度為減速機(jī)軸剛度的8倍。
　　由上述分析，可以得出如下結(jié)論：正是附加徑向作用力分配的不合理，力臂的不同（L），造成C處的正常扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和附加彎曲應(yīng)力的累加，又作用在軸徑不同）形成的剛度相差8倍的減速機(jī)高速輸入軸上，其彎扭組合應(yīng)力超出軸自身設(shè)計(jì)的安全應(yīng)力許用范圍，必出現(xiàn)弱者的失敗，造成C處斷軸。
　　4、改進(jìn)措施  搞清了斷軸的原因和分析了液力偶合器作用在電機(jī)和減速機(jī)上的附加徑向力后，我們采用了圖3所示的安裝方式。
　　即：將液力偶合器用來(lái)補(bǔ)償安裝誤差的彈性聯(lián)軸節(jié)裝置在減速機(jī)一側(cè)。
　　此時(shí)，由液力偶合器自重和安裝誤差形成的附加徑向力Q主要作用在電機(jī)軸線的A處。此時(shí)， L =45 ，兩力臂的關(guān)系變?yōu)長(zhǎng)計(jì)算結(jié)果表明：C處和A處的應(yīng)力效果接近，徑向作用力主要作用在較粗的電機(jī)軸上。利用力臂的變化，調(diào)整了彎曲應(yīng)力的分布。
　　經(jīng)改裝后的四臺(tái)刮板機(jī)傳動(dòng)鏈在滿載、甚至有少量超載的情況下，運(yùn)行平穩(wěn)，再也沒(méi)有發(fā)生斷軸事故。
　　5、結(jié)論  減速機(jī)高速軸斷裂失效是由于設(shè)計(jì)中的傳動(dòng)鏈各單機(jī)位置組合不當(dāng)，從而產(chǎn)生的附加徑向力載荷分配不合理造成的。
　　若在傳動(dòng)鏈中，選用硬齒面減速機(jī)，應(yīng)將液力偶合器的彈性聯(lián)軸節(jié)安裝在減速機(jī)一側(cè)，使液力偶合器自身重量及安裝對(duì)中誤差產(chǎn)生的附加徑向力作用在電機(jī)軸端，以保證傳動(dòng)鏈的正常安全運(yùn)行。在糧食工業(yè)和倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)動(dòng)力較大的物料輸送線上，斗提機(jī)及刮板機(jī)配套的液力偶合器和減速機(jī)的合理配置更為重要。