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DP-340皮带输送机滚筒轴颈断裂分析
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DP-340皮带输送机因其运量大、易于安装、便于维护等优点,广泛应用于煤矿井下。
1.载荷分析
DP-340皮带输送机是由电动机通过减速器带动主动滚筒转动,由一对同步齿轮的啮合实现主、从动滚筒的共同转动,利用输送带与滚筒表面之间的静摩擦来完成输送带的载物运输。
工作时,由于巷道起伏多变,输送机的载荷随坡度的变化而变化,同时,在井下实际生产中,煤量的大小也随采煤工作面条件的变化而变化,这样就造成输送机的负载复杂多变,滚筒轴受到的力矩载荷也在不断地发生变化,特别是在重负荷时紧急停车、输送机倒转时被逆止器逆止、重负荷时强行启动这三种恶劣工况下,滚筒轴要承受的扭矩******,且具有冲击性,如果这种恶劣工况频繁和长期存在,则滚筒轴必然要承受巨大的反复交变的冲击载荷,在这种反复交变的冲击载荷的作用下,轴很容易失效。
安装时,主动滚筒和从动滚筒的中心线必须保证互相平行,否则,滚筒轴要承受径向的剪切应力,平行度误差越大,滚筒轴受到的剪切应力越大。
2.断轴的断裂面分析
由断轴的断口可见:断裂面有截然不同的两个区域,即疲劳断裂区和瞬断区。从断口断面看,断口上疲劳区有明显的疲劳条纹,说明轴的破坏属于疲劳破坏:瞬断区所占比例大约为50%,可以认为,在工作过程中,轴的过载程度比较大;从疲劳区看,磨得比较粗糙,说明疲劳裂纹产生后,因过载程度太大,裂纹的扩展速度较快,疲劳裂纹扩展期在总寿命中所占的比例较小,两断面还未发生摩擦就进入瞬断期;从瞬断区看,断口为纤维状,说明最后断裂属于韧性断裂。所以,从断口的形貌分析可以判断,轴的断裂是属于应力集中引起的多源疲劳断裂。另外,根据对断轴的结构分析,发现80mm—90mm的轴肩过渡处,圆角半径较小,只有2mm—3mm,应力集中较大,这也是引起轴早期断裂的重要原因之一。
3.钢材成分和热处理分析
根据皮带输送机滚筒轴的使用条件和技术要求,结合有关资料介绍,轴应选用淬透性较好的中碳合金结构钢,它们的淬透性都比较好,经过调质处理后强韧结合较好,为进一步提高疲劳强度,热处理后的硬度还可提高到HB300左右。为缓和轴肩过渡处的应力集中,应适当加大圆角半径,提高机加上质量。键槽部位中频淬火操作时应注意避免热影响区到达轴肩过渡处,如果采用局部表面滚压强化来提高这一区域的疲劳强度,可以在圆角过渡处形成有利于疲劳强度的表面残余压应力。
通过以上分析,可以得出以下结论:
(1)皮带输送机所处的位置坡度大,煤量大,频繁的重负荷停车或启动,使轴承受较大的反复交变的冲击载荷,过早地发生疲劳破坏。建议在坡度大的位置使用皮带输送机时,尽量缩短皮带输送机的长度,并且适当控制煤量,加强皮带输送机的管理,避免频繁启动停车,尤其是重负荷停车或启动。
(2)安装质量差,滚筒轴中心线不平行,使滚筒轴承受很大的剪切力,造成轴端弯曲或断裂。建议提高安装质量,缩小滚筒轴的不平行度。
(3)滚筒轴的材质差,热处理后达不到设计的技术要求,强度低,使轴发生早期的疲劳断裂.建议选用淬透性较好的中碳合金结构钢。
(4)80mm—90mm轴肩过渡处,圆角半径太小,只有2mm—3mm,造成轴肩过渡处应力集中较高,这是轴出现早期断裂的一个主要原因。建议提高机加上质量,适当加大圆角半径,并采用局部表面滚压强化的方法,使疲劳寿命得到提高。
(5)热处理质量差,轴的键槽部位需经过中频淬火处理,淬火时操作不当,使轴颈变化的过渡处处于中频淬火的热影响区内,热影响区不利的残余应力与轴的几何形状突变处的应力集中迭加,是造成轴早期疲劳断裂的原因之一。建议提高热处理质量,避免轴颈变化的过渡处处在热处理的热影响区内。(图/文www.changrong-jx.com)

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