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矿井提升机毂轴连接失效机理分析与对策

时间:2017-05-20  来源:中国联轴器网  作者:[db:作者]  浏览次数:929

  介绍了种处理连接失效的新型轴卡连接方式及其施工方法与工艺,实际应用表明,该连接方式处理毂轴连接失效故障,简单易行,费用低,效果好,可供同仁借鉴;论述了预防毂轴连接失效的措施。

  本栏目编辑张代瑶提。绞铜兴公司某台主立井提升机的型号为2K-2.5/ 20,由原洛阳矿山机器厂制造,1989年11月投入运行,设计提升能力60万/3.2013年10月发现,固筒左轮毂(滑动支轮)与主轴轴颈(下称轴颈)的配合间隙逐渐增大,此后虽采取了在固筒中沿轴向焊4根10号角钢等处理措施,但间隙仍不断磨损加大,至最大处2.6mm塞尺可通过,且塞尺可沿配合面周向移动约50mm,配合已严重受损。此时,固筒与主轴的连接主要依靠右轮毂(固定支轮)承担,由此引起固筒轴向窜动严重,并发生周期性声响。鉴于此类故障在我国其他矿山的XKT型、XKTB型、K山机械设备技术与管理工作。型提升机上亦时有发生40-42;同时,K型提升机固筒轮毂与轴颈等处的切向键连接,在铜兴公司及其他矿山亦曾发生连接失效故障。为预防连接失效,使提升机可靠运行,笔者仅对其连接的失效机理进行分析,并提出相应对策。

  绕式矿井提升机(下称K型等提升机)列为金属非金属矿山禁用设备,但因其型号多、数量大,仍有一定使用价值,短期内还难以全部改造或更新,故笔者亦将其作为研究对象。

  1毂轴连接失效机理分析K型单绳缠绕式矿井提升机是我国自行设计,并在1976年以后批量生产,目前该机型允许在用。

  栏K型提升机固筒毂轴连接的结构设计,由于当时的目技术水平所限,目前来看已经落后,存在的主要问题P有:0)左毂轴配合作为主要起支撑作用的左轮代毂与轴颈是间隙(滑动)配合(K型3m以上提升机5和XKT型提升机固筒左轮毂结构均如此),采用润滑脂润滑,应定期加脂润滑,以免轮毂孔和轴颈表面刮伤或磨损。实践证明,左轮毂选择的间隙配合并不合理。当卷筒缠绕钢绳时,由于卷筒是薄壳圆筒,受力后会产生定量的弹性扭转变形,形成了左轮毂与轴颈之间的角位移,当滑动配合部位处于润滑不良或干提摩擦状态时,在长期交变应力作用下,配合面便会产生磨损,且磨损间隙愈大,磨损就愈快愈严重。即,1孔与轴的配合为滑动配合,由于受多种外载荷作用而产生微动磨损,当磨损间隙超出定量后,卷筒连接着左轮毂,在其间隙之内围绕着轴颈甩动,此时卷筒发生周期性声响,同时制动盘偏摆值增大。

  ⑵右毂轴连接作为主要承担传递扭矩的右轮毂与轴颈是过盈配合,并增加了2对切向键加以固定(K型3m以上提升机和XKT型提升机固筒右轮毂结构均如此,K型3m以下提升机和KA型提升机固筒2个轮毂结构亦均如此),切向键(含主轴与齿轮联轴器、减速器主轴与齿轮联轴器相连接的切向键,下同)易产生松动故障,并且主轴上每个连接处开2个切向键键槽(最多时达3处6个),既对主轴强度和刚度削弱较大,还易造成严重的应力集中,为隐患点。

  针对上述失效形式,传统的处理方法有2种41-42:一是将原轮毂割掉,换成两半装配式内孔镶装铜瓦的新轮毂(见),此方案需拆开卷筒,工作量大,更换停产时间长;二是不拆开卷筒,并在保留原轮毂不变的状况下,在原轮毂两侧各增设1个轮毂即可(见),该方案改造工作量小,停产时间短。

  5.固筒左轮毂6.润滑管8.右两半轮毂这2种方案都有定的局限性,因为其设计思想都是试图将毂轴连接以恢复到原来的间隙配合,而原来的间隙配合已被实际使用证实是不合理的。不仅如此,增加铜瓦反而使轮毂结构更趋复杂。

  2.2新型轴卡连接方式K/A型单绳缠绕式矿井提升机是1985年开始批量生产的国产机,其固筒的2个毂轴连接均改为无键过盈配合连接,或已被主轴上直接锻制出2个法兰盘取代28>K/E型单绳缠绕式矿井提升机是K/A型的改进机型,于1991年投产'是目前我国标准配置产品,技术、结构上都具有先进性。

  借鉴上述2种机型轮毂或法兰盘与轴颈的连接型式,可将失效的轮毂改造为与主轴固定连接的型式:先将1个两半装配式轴卡固定在主轴上,再将失效的轮毂与轴卡相焊接,即相当于毂轴固定连接,轴卡和主轴及轮毂的连接如所示。该轴卡连接方式结构简单,消除了传统的毂轴连接的失效隐患。

  2.3施工准备、轴卡验算、方法与工艺2.3.1施工准备⑴测量轴径测量左轮毂靠近卷筒内侧一段主轴的直径尺寸,此尺寸在设计时是"自由尺寸",即新国标中的未注公差尺寸,轴卡与此段轴径尺寸相配64余机会a角范围内围绕主轴转动。

  本栏目编辑张代瑶提绞⑵测量间隙用塞尺测量左轮毂孔与轴颈之间的单面最大间隙值,此值制作钢板垫。

  ⑶设计制作轴卡部件根据测量的轴径尺寸,类比设计方法,由中实洛阳重型机械有限公司设计制作1套两半装配式轴卡部件,如所示。加工半轴卡结合面时,应考虑半圆环壁厚均匀;加工内孔及焊接坡口时,2个半轴卡结合面处须加6mm垫片。轴卡材料宜采用与轮毂相同的ZG310-570(ZG45)钢。

  1.半轴卡2,3,4.M36螺栓、螺母、垫圈5.垫片⑷材料工具钢板垫、E5016506)焊条、角磨电、钳和焊工用具等。!。2轴卡验算⑴卷筒受力分析当卷筒缠绕钢丝绳时,卷筒产生弹性扭角a,如所示。对应的轮毂亦会在当钢丝绳位于轴卡截面时,受力分析如所示。假设钢丝绳最大静张力F=90kN全部作用在该截面上(计算结果偏于保守,因为右轮毂亦承受一定转矩),截面半径R=1.25m.令卷筒抗弹性扭角变形力为Ft,其作用在卷筒壳厚度中心处,半径Rt=1.153m;令轴卡摩擦力为Fm,其作用半径Rm=0.18m.⑵计算轴卡摩擦力由力矩平衡理论得由变形比例关系得将式⑵代入式⑴得⑶轴卡连接强度校核轴卡与轴的连接属于受预紧力载荷的螺栓组连接(见),作用在连接的结合面内并通过螺栓组的形心。假设各螺栓受力均等,受作用后轴卡无相对滑动。

  轴卡产生的理论摩擦力轴卡产生的理论摩擦力矩安全系数由上述计算得出结论:设计的轴卡合格。

  2.3.3施工方法与工艺⑴找正工序首先调整轮毂孔与轴颈的间隙,使轮毂与主轴处于相对对中位置。具体方法如下:①将箕斗托起,使提升钢丝绳均处于松绳状态;②将孔与轴最大间隙处插入相应厚度塞尺,并测出其周长,将周长中心点置于垂直向下位置,此为关键环节,影响孔与轴的对中程度;③在地坑内靠近左轮毂一侧,用千斤顶将固筒顶起,注意控制顶起的力度,因该机型主轴承为滑动轴承,存在轴承顶间隙;④检查孔与轴的周向间隙,确认合适后,将钢板垫插入间隙内,先垫十字4个点(处)固定后,其他较大间隙处亦可插入钢板垫。

  用割炬切割轮毂的焊接坡口,坡口深度<30mm,宽度<20mm.坡口表面须用角磨机处理。

  ⑶固定轴卡安装前,先将轴卡部件进行一次拆开把合工序(结合面处6mm垫片拿掉),以检查其与主轴的配合状况,所有接触面须无毛刺、尖角及锐边。轴卡焊接面与左轮毂端面须贴紧。紧固轴卡螺栓时,按对角线顺序紧固,双螺母锁紧。

  ⑷焊接方法①焊接前须清除轮毂和轴卡接触面及坡口处的铁锈、油污及水分等杂质;②焊条须经350°C烘焙1h,随烘随用;③焊接前,先将轮毂与轴卡进行点焊,焊道高度和长度分别为10、20mm,点焊顺序如所示;④用焊炬预热焊接坡口处至150200C,可预热一段焊接一段;⑤焊接时须分层焊接,每层每焊接半圈后,将卷筒转180°后再焊接另半圈,每层焊接顺序如所示,焊接6层即可完成焊接工序;⑥焊机类型、焊接电流和焊层厚度等焊接工艺要求可由资深焊工确定。

  轮毂与轴卡点焊顺序Fig.施工停产时间约12h.施工完毕后,按技术要求调整制动盘工作面偏摆量及闸瓦与制动盘的间隙等。2.4处理效果2.4.1本机效果2014年9月26曰处理该机故障后,测量制动盘工作面全跳动量(在最大外径处测量):固筒0.30-0.50mm;游筒0.65mm.跳动值虽未达到技术要求20961―2007单绳缠绕式矿井提升机),但可满足使用要求(将超差值消化在闸瓦间隙中),故未做进一步校正。卷筒发出的周期性声响亦基本消失,迄今设备运行正常。

  2.4.2其他矿山效果提升机,固筒左轮毂与轴颈产生磨损间隙约3mm,卷筒在主轴上甩动,发出类似筒鼓声周期性噪声,同时制动盘偏摆值增大。2007年2月处理后,故障消失,设备运行正常。

  福建省龙岩市某战备隧道施工中,1台2K- 3/20型提升机固筒左轮毂与轴颈产生磨损间隙约3.6mm,制动盘偏摆约2.2mim 2009年9月处理后,制动盘偏摆值明显减小,再经火焰法校正,制动盘工作型提升机,左轮毂与轴颈产生磨损间隙0.5mm时,由于多绳提升机提升速度高,卷筒发出的响声特别大。

  2010年4月处理后,效果很好。

  实际应用表明,采用该新型轴卡连接方式处理此类连接失效故障,时间短,易实施,费用低,效果好。

  3预防毂轴连接失效的措施毂轴连接失效是主轴装置的严重故障,影响提升机的正常运行,因此,应采取相应有效与可行措施预防连接失效。如上所述,K型等提升机毂轴配合或连接因设计原因,若在非正常工况下长期运行,必然会发生连接失效。但是,通过加强设备管理与维检等措施,亦能防止或延缓毂轴配合或连接失效。从结构设计上分析,预防毂轴配合或连接失效的有效与可行措施主要有以下几点加强润滑管理该机型左轮毂与轴颈为滑动配合,轮毂上装有油杯,应定期加润滑脂润滑。

  该机左轮毂与轴颈配合为036OD4('100配合(D4介于H8与H9两者之间,dc4的摩擦类型、特征及应用为:类型属于层流液体摩擦;特征是配合间隙适中;应用场合为一般转速转动配合,当温度影响不大时,广泛地应用在普通润滑油或润滑脂润滑支承处'配合处光洁度数值为孔V6,轴V7,即表面粗糙度参数民值为孔1.6pm和轴0.8pm.由液体润滑理论可知:当间隙及其他有关条件怡当时,在相互运动的孔和轴之间形成层流油膜,这时消耗的能量较少,发热也少,运转正常,这种情况的摩擦称为带层流的液体摩擦;若间隙过大或结合表面粗糙,油膜状态将不是层流而是紊流,这时就要多消耗能量和多发热,对于般传动,将影响正常运转,这样的摩擦称为紊流的液体摩擦。因此,若配合面始终保持正常的润滑状态,就能避免配合失效。实践证明,发生失效的配合,都缘于润滑失效造成的过度磨损(本机亦如此)。当润滑失效造成配合表面过度磨损后,间隙已变大或结合表面粗糙,般两者同时产生,此时即使恢复正常润滑状态,该配合也不能恢复正常工况,因为油膜状态已不是层流而是紊流。

  ⑵保持平稳运行提升机紧急制动时,过小的减速度会导致减速距离过长;而过大的减速度对钢丝绳是有害的,可能引起钢丝绳中动态力的大幅度变化,甚至导致松绳后,容器下落,拉断钢丝绳而引发恶性事故。为此,金属非金属矿山安全规程(GB 16423―2006)规定:①钢丝绳在运行中遭受到卡罐或突然停车等猛烈拉力时,应立即停止运转,进行检查;②竖井和倾角大于30°斜井的提升设备,安全制动时的减速度应满足:满载下放时应>1.5m/s2,满载提升时应<5m/s2;③提升机紧急制动和工作制动时所产生的力矩,与实际提升最大静荷载产生的旋转力矩之比足>3.因此,设备运行中若发生冲击载荷或加、减速度超规,如:启车后松闸不当、刚性罐道对接处对中程度差及卸载曲轨的轨面故障,致使箕斗发生碰撞卡阻、制动力矩过大、大的卡罐事故或突然停车等猛烈拉力,尤其是松绳后,容器下落拉断钢丝绳之类的坠罐跑车事故所产生的冲击力(本机曾发生)等,都将削弱右毂轴连接强度,甚至导致连接失效或主轴断裂。铜兴公司1台K2X3X1.5D-20型提升机固筒2个轮毂曾2次发生连接失效。当然,切向键在装配中未达到设计和工艺的技术要求,也是发生连接失效的主要原因。

  应用变频电控技术是保障提升机正常、平稳及可靠运行的最有效手段。提升机采用变频电控方式替代原电阻调速方式后,电动机实现软启动,转矩冲击不再存在,调速无级平滑,设备运行平稳可靠,明显地减小了机械冲击。从理论上讲,提升机采用变频电控后,运行中无冲击载荷或加、减速度超规现象。

  ⑶提前消除隐患K型提升机目前大都已经服役30a左右,而之前的机型则服役时间更长,因此,有提升机毂轴连接已存在隐患或故障,影响正常运行。上述连接失效为常见故障,为预防连接失效,对重要尤其是关键的提升机,可考虑提前采用新型轴卡连接方式进行处理,以消除隐患。对于已发生连接松动的切向键,在制作及装配新键时,须按设计和工艺的技术要求,保证各接触面之间的接触面积和接触位置达到规定要求,同时还需采取螺钉紧固等措施。

  4结语提升机是矿井生产中的重要提升设备,而毂轴连接又是主轴装置中一个主要与复杂的运动受力部位,因此,应予以特别重视,应加强设备管理与维检,防止或延缓毂轴连接失效的发生。

  预防左毂轴配合失效的首要措施是加强润滑管理,切实做到"润滑五定"(定人、定点、定时、定质和定量);预防右毂轴连接失效的重要措施是保持设备平稳运行,而应用变频电控技术替代TKD型等老式提升机电控装置,是保障提升机正常、平稳及可靠运行的最有效手段。

  ―旦发现毂轴配合或连接异常,应及时进行处理,以避免事态发展严重。

  对于大中型关键提升机,可考虑提前安装新型轴卡,以消除左毂轴配合失效的隐患。

  若企业具备条件,可对大中型关键提升机主轴装置进行技术改造或更新换代,是最佳选择。

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