埋刮板输送机配套减速机断轴原因分析

埋刮板输送机配套减速机断轴原因分析
前言
液力偶合器是一种动力式液力传动元件，它具有结构简单、效率高，能带动负载平稳启动，特别是它具有的过载保护和有效的减小起动时对电网的冲击特点 
硬齿面减速机（齿面硬度HB350） 其可承载能力大、重量轻、体积小、成本低的优点也得到了普遍的认同。

　　物料输送、搬倒工艺线路中，大都选用斗式提升机、埋刮板输送机和皮带输送机为主要工作机。当载荷动力超过15kW以上时，通常采用电机液力偶合器工作机这种传动链的连接方式。
　　对一个传动系统来讲，若要保证它安全、平稳正常的工作，不仅取决于每台单机的技术性能和制造质量，对各单机的合理配置、正确安装及调试也是尤为重要的。
　　1、多台减速机发生同部位断轴  在生产线设备联动试车过程中，先后发生多次减速机高速轴断轴事故。
　　以储备粮项目中刮板输送机（）为例， C1、C1 1、C2 1、C41的减速机高速轴的断裂都是没有达到设计产量，有的甚至是仅空载运行4～5h后发生的。
　　2、减速机断轴的原因发生断轴（以C1刮板机为例）时，其传动链中电机、液力偶合器、减速机的联接安装方式如图1.
　　在对断轴原因分析中，排除了以下几种可能性：
2.1设计参数选择不合理，取值偏小，设计计算的轴功率比实际轴功率小，造成减速机选型过小。经校核：式中：P―――刮板机轴功率， kW　L―――设备载料长度，m　C―――设备头尾轮长度， m　V―――刮板机运行速度， m/s―――物料载荷设计系数―――刮板载荷设计系数E―――设备头尾轮高度差，m.
　　机承载能力计算系数）。
　　能力为53kW（42kW），满足承载功率。备用系数为53/ 22.11 =2.39，理论计算应是安全的。
　　2.2 驱动机架及其支撑设计合理、刚性强，运行中没有振动及物料的冲击载荷发生。
　　2.3 电机、液力偶合器、减速机的安装精度没有超出同轴度偏差（0.3～0.4mm）的要求。
　　四根断轴的位置相同，截面形状及其表面断后高速摩擦形成的高温氧化物也无较大差异。经设备生产厂家技术人员检测确定，断轴属于材料的疲劳失效。
　　3、液力偶合器与减速机组合受力分析联接液力偶合器两端电机的输出轴为60mm ，减速机的输出轴为30mm ，两者相关2倍。断轴分析初始，大食品科技家认为是由于该轴太细造成。按减速机设备厂家提供的技术资料表明：硬齿面减速机输入轴较细是其固有特点，它是由于受齿轮轴的加工工艺制约所决定的（尤其是圆锥伞齿轮轴）。但厂家使用了优质合金材料及改进了热处理工艺，虽然比过去常规选用的中软（硬度HB350）齿轮轴轴径相差4/7～1/2，但其δ倍的安全使用系数。此例的校核结果也证实，该轴的强度完全能够承担设计确定的载荷。排除内部因素，究竟是什么外力造成减速机轴的疲劳失效呢：由于原设计对液力偶合器安装方式的确定，液力偶合器自身的重量（50kg），以及安装过程中的偏差和液力偶合器未做动平衡而产生的附加径向力Q ，比较集中的作用在悬臂较长、直径较细的减速机轴的危险断面上。电机的输出轴虽然较粗，但其仅承担了极少的附加径向力。由于两者的直径不同，所能承受的弯曲应力也不同（应力与d成反比）。更为重要的是附加力Q到危险断面减速机轴C的距离比到危险断面电机轴A的距离长（282mm 45mm =）237mm.此时两断面的应力比为：即：C处承受弯曲应力的能力仅为A处的1/50.
　　另外，由于轴的刚度与轴的直径立方成正比，此时两轴的刚度比为：即：电机轴线的刚度为减速机轴刚度的8倍。
　　由上述分析，可以得出如下结论：正是附加径向作用力分配的不合理，力臂的不同（L），造成C处的正常扭转应力和附加弯曲应力的累加，又作用在轴径不同）形成的刚度相差8倍的减速机高速输入轴上，其弯扭组合应力超出轴自身设计的安全应力许用范围，必出现弱者的失败，造成C处断轴。
　　4、改进措施  搞清了断轴的原因和分析了液力偶合器作用在电机和减速机上的附加径向力后，我们采用了图3所示的安装方式。
　　即：将液力偶合器用来补偿安装误差的弹性联轴节装置在减速机一侧。
　　此时，由液力偶合器自重和安装误差形成的附加径向力Q主要作用在电机轴线的A处。此时， L =45 ，两力臂的关系变为L计算结果表明：C处和A处的应力效果接近，径向作用力主要作用在较粗的电机轴上。利用力臂的变化，调整了弯曲应力的分布。
　　经改装后的四台刮板机传动链在满载、甚至有少量超载的情况下，运行平稳，再也没有发生断轴事故。
　　5、结论  减速机高速轴断裂失效是由于设计中的传动链各单机位置组合不当，从而产生的附加径向力载荷分配不合理造成的。
　　若在传动链中，选用硬齿面减速机，应将液力偶合器的弹性联轴节安装在减速机一侧，使液力偶合器自身重量及安装对中误差产生的附加径向力作用在电机轴端，以保证传动链的正常安全运行。在粮食工业和仓储系统动力较大的物料输送线上，斗提机及刮板机配套的液力偶合器和减速机的合理配置更为重要。