刘智超

（大同煤矿集团马道头煤业有限公司，山西 大同 037003）

大部分金属矿、煤矿等井工开采的矿山通过矿井提升机运输矿石、矸石、作业设备以及人员往返于地面与作业面，对井下作业过程中物料、人员进出起到至关重要的作用。垂直提升机技术成熟，具有安全性、可靠性等优点，同时使用费用较低，作为矿井的“咽喉设备”，保证设备正常运转对矿井安全生产十分重要。主轴装置是提升机的最主要配件，占提升机的绝大部分重量，为了避免主轴断裂故障，必须准确且及时修复故障隐患。

大同煤矿集团马道头煤矿位于大同煤田西南部左云县境内，设计年产量为10Mt，矿井主采煤层埋深约为400m，现主要开采工作面为8210工作面、8209工作面。马道头煤矿提升机由于长时间运转，主轴、传动轴出现断裂现象，传动轴输出端上轴瓦磨损严重，影响了煤矿的正常生产，因此，需要对主轴断裂问题进行分析，并采取修复措施。

1 提升机主轴装置

提升机最主要的工作机构为主轴装置，包含主轴、摩擦轮、制动盘、轴承、轴承座、轴承盖、轴承梁、高强度螺栓组件、摩擦衬垫、固定块、压块、夹板等零部件。多绳摩擦式提升机的主要承载机构也是主轴装置，设备运转过程中将电动机产生转矩传送至主轴，同时提升机为了提升钢丝缆绳会相应产生动载荷和一些冲击载荷，通过和主轴装置中的摩擦轮联接，并通过摩擦轮的两侧传输至主轴。为确保提升设备的安全、可靠运行，同时尽量增加提升速率和运载能力，需要加强主轴的强度以确保其能够承载所受到转矩、各类动载荷、冲击载荷以及自身重力影响。因此，主轴装置中的各构件中，主轴使用整体式锻造，轴上的法兰盘一体锻造后经机加工成型；摩擦轮载荷要求低于主轴，因此在制造过程中为整体焊接成型，大型摩擦轮受加工因素影响，加工成半刨分式构件后通过高强螺栓和定位销联接成型；制动盘大部分也是直接焊接在摩擦轮轮壳处，大型提升设备的制动盘为对称安装的双制动盘，同时大型制动盘为通过定位销和高强螺栓联接的半刨分式构件，该类制动需要的力矩通过大平面摩擦副传递实现；主轴装置中轴承由传统滑动轴承改为调心轴承，相对体积减小，同时其轴承中心可以通过微量转动补偿轴承由于受到弯曲、热变形等因素造成的轴向作用，该类轴承寿命较长，维护量小。

2 主轴断裂分析

根据主轴断裂情况进行分析，如下：

（1）断裂传动轴的断口出现在键槽位置，断口显现处显示光滑区域和颗粒状区域，根据特征判断传动轴断裂主因为疲劳破坏。使用对焊方式进行简单修复，设备运转后第二天再次断开，说明该类修复方式不能满足传动轴受到交变弯矩和扭矩以及冲击作用。

（2）拆卸下的传动轴输出端上轴瓦磨损严重，同时轴瓦与传动轴之间相对间距不均衡，传动轴部分位置出现较大间隙，最大间隙约为3mm,说明设备运转过程中轴的传动并不平稳，受到较大冲击作用。并且润滑油注入量小，润滑效果差，轴瓦对应轴颈处有明显的沟痕，说明轴瓦在使用过程中效果不理想，材料选择和使用都有不当之处。

（3）传动轴等人字齿轮处没有明显磨损和破坏，虽然工作时齿轮会受到冲击，人字齿轮齿线廓为斜线，同时螺旋角大，相应的重合度也较为合适，主轴传动平稳，并且平衡两斜齿轮的轴向力，提高承载能力，同时不会产生较大的噪音。

3 传动轴断裂修复工艺方案

根据上述分析，为了保证修复后提升设备能够良好运转，传动轴等修复不仅需修复传动轴，并且需要重选轴瓦，并且相应提高润滑效率。同时加工过程中各加工阶段进行尺寸控制应根据需要采用较为精密测量工具进行，如百分表、游标卡尺、千分尺。

3.1 传动轴的断轴修复

断裂的传动轴通过对焊直接焊接不能承受装置运转的转矩，会再次断裂。为了保证修复后的转动轴具有足够刚性和韧性，使用锻造法对传动轴对接端进行加工，并使用车床对传动轴分成两次进行加工，加工至合适的尺寸，再进行装配。

具体操作过程如下：

（1）传动轴锻造处理。将传动轴磨损较为严重的右半段换为锻件，锻件材料选取与传动轴一致的材质，即中碳合金钢40Cr，加工配件初始尺寸Φ120×288mm。将需要锻造的胚料加热1200℃进行锻造加工，将材料热锻至Φ100×415mm，热锻阶段结束。热锻后的配件进行调质热处理，温度调整到840℃时进行油淬，之后温度调整到570℃回火处理。锻造阶段完成后加工的锻造件的金属内部组织改变，配件机械性能提高，洛氏硬度可以达到28～32HRC，同时表面粗糙度降低，机械加工性能相应提高。

（2）车床粗加工。为了确保传动轴焊接后符合公差的要求, 应对断裂的左右两部分进行粗加工。加工车床选取C6140型，根据需要分别对传动轴两接口进行切削和镗孔，加工过程中需要留出加工余量，右端水平方向预留1.5mm，车床加工后两接口的轴孔应进行过渡式配合，为便于焊接，两接口端加工成60°坡角。

（3）传动轴焊接。焊接操作前使用定位块支承将传动轴固定至平台，进行焊接前对轴预热处理，温度升高至150～250℃，避免焊接应力和不必要的变形，焊接部分温度升至250～350℃，并恒温3h。为了提高焊接质量，焊接采用V型坡口，多层焊接，在保证传动轴焊接后应力分布能够均匀的前提下，尽量减少焊接工作量和焊缝尺寸。

（4）传动轴精加工。传动轴的精加工的目的在于控制传动轴的形位误差，确保传动轴具有良好的加工精度。焊接完成后的传动轴应置于中心架后进行找正，通过百分表在顶尖孔处找正。

（5）轴与轴套的装配。为了加强传动轴强度，尤其焊接厚度断裂传动轴，采用过盈式配合，同时轴套长度调整为255mm，并且外径保有1mm的加工余量。装配采用热压装配，取消轴处的键槽，改进后轴套部分受力更加均匀，相应传动轴强度增加。最后对完成焊接及装配的传动轴进行进一步精细加工，由于轴径出现的磨损，所以需要调整。同时轴套也需要进行相应加工和细磨。应按照传动轴设计的表面粗糙度和公差进行精车和打磨。

3.2 传动轴轴瓦的改进

传动轴轴瓦的作用是承载轴颈压力，稳定油膜，减少摩擦，使轴瓦表面和轴颈表面间保持一定速率的相对滑动。但是轴承与轴瓦直接接触会摩擦并且彼此磨损，同时产生高温影响润滑油效果，并且烧坏轴瓦。为确保轴承间正常运转，需保持轴承和轴瓦间等间隙，减少磨损，使轴瓦性能良好，改变原有润滑方式，提高轴瓦加工精度。

（1）轴瓦间润滑模式。最初轴承间润滑方式为滴油润滑，效率低，易磨损。改为连续性供油，使瓦座中始终能够被润滑，润滑油伴随油环的转动带动到轴颈顶面，轴与轴瓦间会形成足够厚度的油膜，促使轴承正常工作。

（2）使用ZCuPb30作为轴瓦的材料，并且保证物料的均匀性。轴瓦分两次进行加工，其上、下轴瓦尺寸分别为Φ69.5mm、Φ99mm，初加工应保有1mm的加工余量，后期通过车床粗加工后进行切割，上下轴瓦组合再使用车床进行精加工直至标准尺寸，适配后确保与主轴组合后能够正常运转。

4 结语

根据实际使用情况，通过采用热锻对断轴加工后使用，改变对接端坡角，延长轴套长度，以及更换更为合适轴瓦，一方面保证修复后传动轴的刚性要求，同时提高了传动轴运转的稳定性。经过2年的使用，该方法效果良好，具有很好的实用性、可靠性和可行性。