提升机主轴损伤断裂原因、预防及裂纹处理

1、提升机主轴损伤断裂原因、预防及裂纹处理摘 要：对造成提升机主轴损伤断裂的原因进行分析，根据现场实际情况 结合失效分析理论提出预防及处理提升机主轴裂纹的方法。关键词：提升机主轴裂纹 断裂 预防1、前言矿井提升机是煤矿中煤、人员和物料等运输的咽喉，是地面与井下生 产联系的的中枢。其可靠性直接影响矿井生产和人员的安全，其中主轴的 可靠性尤为突出。但实际上由于结构设计、加工制造、材质及热处理工艺、 运转操作等原因，主轴极易产生裂纹，并由此而导致损伤断裂，造成重大 的经济损失和事故。调查表明，全国各矿物局或煤业公司的部分矿井提升机主轴均不同程度 的存在损伤、裂纹甚至出现断裂现象。而提升机主轴一旦突然断裂

2、、又无 备用轴且更换复杂，将导致全矿停产，造成重大经济损失。因此必须对提 升机主轴的损伤、断裂进行全面的分析与探讨。2.1负荷过大矿井提升机主轴承受着的弯矩、扭矩，主要由提升容器、钢丝绳、主轴、 滚筒、支轮的自重及载荷的重量与动载荷、矿井阻力、轴承阻力产生。且 钢丝绳出绳的位置及出绳角的大小将影响弯矩、扭矩的变化。弯矩在主轴 上产生正应力，扭矩产生剪应力，而这些应力随提升过程不断变化，使提 升机一旦过载、突然起动、制动或多次重负荷冲击时，主轴易产生损伤、 断裂。2.2应力集中提升机主轴与轮毂之间有键联接，在键槽处会产生应力集中。从键槽的 统计资料看，键槽跟部的应力集中比其他处高达34倍，因而杂

3、键槽跟部 极易开裂。提升机主轴截面成阶梯状。在阶梯突变部位，如果过渡圆角没 有足够尺寸，即过渡不够平滑，那么在阶梯的跟部应力分布是极其不均匀 的，根据光弹性试验的资料，阶梯圆轴在扭矩作用下最大剪应力比表面圆 周名义剪应力大4倍，有可能超过剪切疲劳极限而产生疲劳裂纹。2.3装配应力过大安装切向键时在主轴与轮毂之间会产生过大的装配应力或引起应力分 布不均匀，增加应力集中程度，从而加速该处疲劳裂纹的形成。2.4温度应力过大提升机主轴与减速器输出轴之间一般用齿轮或齿轮联轴器联接.在拆装 齿轮联轴器或齿轮时,一般要用加热或冷却的方法，由于温度控制不好，在 轴颈内容易产生温度应力.这些温度应力与载荷应力共

4、同作用也会使局部 的应力超过材料的疲劳极限而导致疲劳裂纹.2.5材质不佳及热处理工艺不合理提升机主轴由于结晶组织不均匀、偏析、晶粒粗大等原因，容易产生微 细裂纹。实验证明，裂纹沿着晶界面扩展的速率比穿晶扩展快的多，而且裂 合宏观裂纹的过程也短的多。提升机主轴加工后因存在上述现象，所以当 载荷较大时易产生损伤断裂。而材质不佳或加工质量不合格，在主轴上也 会造成裂纹。2.6结构设计不合理提升机主轴及滚筒在制造及使用过程中，若存在静不平衡或动不平衡现 象，重心偏移使提升机在拖动重载运行时产生巨大的附加脉动载荷，从而 使提升机主轴产生疲劳、损坏、断裂。2.7安装调试不合格提升机主轴各支轴承的同心度和水

5、平度超过规定的范围，使轴局部受力 过大，反复疲劳而断裂。3、提升机主轴损伤断裂的预防减少出现断裂的因数，就是要对容易产生裂纹的部位进行经常检查。一 般来说，开始出现宏观疲劳裂纹的轴，其工作年限都有810年以上。具 体情况视各矿提升机工况而定。轴上常见裂纹的部位在有装配件的区域附 近。就整个轴来说，这些部件往往经常处于高应力工作状态。有的裂纹产 生在装配区域内，只有通过仪器才能发现。因此如有条件的话，对工作运 行10年以上的轴应进行拆卸装配件或超声波检查。对易造成损伤断裂的因 数尽可能清除，如适当降低负载，减少装配应力、温度应力及应力集中现 象，正确安装调试，保持主轴表面粗糙度符合设计要求，防止

6、明显的刀痕、 伤疤，不得随意加深键槽，不得在轴上任意钻孔，不许任意改变过渡圆角 半径，不得任意缩小轴的直径。4、提升机主轴出现裂纹后应采取的措施4.1延缓提升机主轴断裂的时间疲劳裂纹一般朝着与最大主应力垂直的方向扩展，在裂纹扩展方向 镶嵌高韧性薄层材料可阻止裂纹的扩展。降低裂纹所在部位的工作应力，响应地降低裂纹尖端应力强度因子 幅.主要靠降低载荷来实现。4.2推算提升机主轴的剩余寿命对已出现裂纹的提升机主轴，一般不会马上断裂，还能服务一段时间。因 而不应马上报废而造成不必要的经济损失。可根据失效分析的理论特别是 断裂力学的理论，比较准确的推算出轴的剩余寿命.（1）探明轴内裂纹的详细情况，用超声波或磁粉等探伤方法取得标志裂 纹特征的全部数据（裂纹的形状、尺寸、深度、位置、方向）；（2）对主轴材料在相同工艺处理条件下进行各种试验，测出门槛值及其 它机械性