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埋刮板輸送機(jī)配套減速機(jī)斷軸原因分析

來源:本站 發(fā)布時間:2017-01-02 訪問量:784
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力式液力傳動元件,它具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高,能帶動負(fù)載平穩(wěn)啟動,特別是它具有的過載保護(hù)和有效的減小起動時對電網(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)載荷動力超過15kW以上時,通常采用電機(jī)液力偶合器工作機(jī)這種傳動鏈的連接方式。
  對一個傳動系統(tǒng)來講,若要保證它安全、平穩(wěn)正常的工作,不僅取決于每臺單機(jī)的技術(shù)性能和制造質(zhì)量,對各單機(jī)的合理配置、正確安裝及調(diào)試也是尤為重要的。
  1、多臺減速機(jī)發(fā)生同部位斷軸  在生產(chǎn)線設(shè)備聯(lián)動試車過程中,先后發(fā)生多次減速機(jī)高速軸斷軸事故。
  以儲備糧項(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,其傳動鏈中電機(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)選型過小。經(jīng)校核:式中:P―――刮板機(jī)軸功率, kW L―――設(shè)備載料長度,m C―――設(shè)備頭尾輪長度, 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)動機(jī)架及其支撐設(shè)計(jì)合理、剛性強(qiáng),運(yùn)行中沒有振動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較大差異。經(jīng)設(shè)備生產(chǎn)廠家技術(shù)人員檢測確定,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),以及安裝過程中的偏差和液力偶合器未做動平衡而產(chǎn)生的附加徑向力Q ,比較集中的作用在懸臂較長、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(282mm 45mm =)237mm.此時兩斷面的應(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,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, L =45 ,兩力臂的關(guān)系變?yōu)長計(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)改裝后的四臺刮板機(jī)傳動鏈在滿載、甚至有少量超載的情況下,運(yùn)行平穩(wěn),再也沒有發(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,以保證傳動鏈的正常安全運(yùn)行。在糧食工業(yè)和倉儲系統(tǒng)動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。