埋刮板輸送機配套減速機斷軸原因分析

埋刮板輸送機配套減速機斷軸原因分析
前言
液力偶合器是一種動力式液力傳動元件，它具有結構簡單、效率高，能帶動負載平穩(wěn)啟動，特別是它具有的過載保護和有效的減小起動時對電網的沖擊特點 
硬齒面減速機（齒面硬度HB350） 其可承載能力大、重量輕、體積小、成本低的優(yōu)點也得到了普遍的認同。

　　物料輸送、搬倒工藝線路中，大都選用斗式提升機、埋刮板輸送機和皮帶輸送機為主要工作機。當載荷動力超過15kW以上時，通常采用電機液力偶合器工作機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的技術性能和制造質量，對各單機的合理配置、正確安裝及調試也是尤為重要的。
　　1、多臺減速機發(fā)生同部位斷軸  在生產線設備聯(lián)動試車過程中，先后發(fā)生多次減速機高速軸斷軸事故。
　　以儲備糧項目中刮板輸送機（）為例， C1、C1 1、C2 1、C41的減速機高速軸的斷裂都是沒有達到設計產量，有的甚至是僅空載運行4～5h后發(fā)生的。
　　2、減速機斷軸的原因發(fā)生斷軸（以C1刮板機為例）時，其傳動鏈中電機、液力偶合器、減速機的聯(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設計參數選擇不合理，取值偏小，設計計算的軸功率比實際軸功率小，造成減速機選型過小。經校核：式中：P―――刮板機軸功率， kW　L―――設備載料長度，m　C―――設備頭尾輪長度， m　V―――刮板機運行速度， m/s―――物料載荷設計系數―――刮板載荷設計系數E―――設備頭尾輪高度差，m.
　　機承載能力計算系數）。
　　能力為53kW（42kW），滿足承載功率。備用系數為53/ 22.11 =2.39，理論計算應是安全的。
　　2.2 驅動機架及其支撐設計合理、剛性強，運行中沒有振動及物料的沖擊載荷發(fā)生。
　　2.3 電機、液力偶合器、減速機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。經設備生產廠家技術人員檢測確定，斷軸屬于材料的疲勞失效。
　　3、液力偶合器與減速機組合受力分析聯(lián)接液力偶合器兩端電機的輸出軸為60mm ，減速機的輸出軸為30mm ，兩者相關2倍。斷軸分析初始，大食品科技家認為是由于該軸太細造成。按減速機設備廠家提供的技術資料表明：硬齒面減速機輸入軸較細是其固有特點，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)質合金材料及改進了熱處理工藝，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。此例的校核結果也證實，該軸的強度完全能夠承擔設計確定的載荷。排除內部因素，究竟是什么外力造成減速機軸的疲勞失效呢：由于原設計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生的附加徑向力Q ，比較集中的作用在懸臂較長、直徑較細的減速機軸的危險斷面上。電機的輸出軸雖然較粗，但其僅承擔了極少的附加徑向力。由于兩者的直徑不同，所能承受的彎曲應力也不同（應力與d成反比）。更為重要的是附加力Q到危險斷面減速機軸C的距離比到危險斷面電機軸A的距離長（282mm 45mm =）237mm.此時兩斷面的應力比為：即：C處承受彎曲應力的能力僅為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：電機軸線的剛度為減速機軸剛度的8倍。
　　由上述分析，可以得出如下結論：正是附加徑向作用力分配的不合理，力臂的不同（L），造成C處的正常扭轉應力和附加彎曲應力的累加，又作用在軸徑不同）形成的剛度相差8倍的減速機高速輸入軸上，其彎扭組合應力超出軸自身設計的安全應力許用范圍，必出現(xiàn)弱者的失敗，造成C處斷軸。
　　4、改進措施  搞清了斷軸的原因和分析了液力偶合器作用在電機和減速機上的附加徑向力后，我們采用了圖3所示的安裝方式。
　　即：將液力偶合器用來補償安裝誤差的彈性聯(lián)軸節(jié)裝置在減速機一側。
　　此時，由液力偶合器自重和安裝誤差形成的附加徑向力Q主要作用在電機軸線的A處。此時， L =45 ，兩力臂的關系變?yōu)長計算結果表明：C處和A處的應力效果接近，徑向作用力主要作用在較粗的電機軸上。利用力臂的變化，調整了彎曲應力的分布。
　　經改裝后的四臺刮板機傳動鏈在滿載、甚至有少量超載的情況下，運行平穩(wěn)，再也沒有發(fā)生斷軸事故。
　　5、結論  減速機高速軸斷裂失效是由于設計中的傳動鏈各單機位置組合不當，從而產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，應將液力偶合器的彈性聯(lián)軸節(jié)安裝在減速機一側，使液力偶合器自身重量及安裝對中誤差產生的附加徑向力作用在電機軸端，以保證傳動鏈的正常安全運行。在糧食工業(yè)和倉儲系統(tǒng)動力較大的物料輸送線上，斗提機及刮板機配套的液力偶合器和減速機的合理配置更為重要。