毛繼（jì）新
（太原西峪煤礦，山西太（tài）原 030021）
摘 要：從使用工況、載（zǎi）荷、材料（liào）及熱處理等方麵分析DP-340皮帶機滾筒軸頸斷裂的原因，並提出了（le）相應的改進措施。
關鍵詞：滾筒軸頸；斷裂；載荷；應力（lì）集中（zhōng）；疲勞強（qiáng）度；熱影響區
DP-340皮帶輸送機因其運量大（dà）、易於安（ān）裝、便於維護等優點，廣泛（fàn）應用於煤（méi）礦井下。近年來，西峪（yù）煤礦井下大量使用DP-340皮帶輸送機，但由於井下巷道起伏多變，煤量不均勻等因素的影響，使輸送（sòng）機的工況十分複（fù）雜（zá）。2004年4月至12月間，該（gāi）礦四（sì）采區主下山3部皮帶機（jī）頻（pín）繁發生多起從動滾筒軸頸斷裂事故，斷裂部位（wèi）都發生在安裝齒輪一側d80mm到d90mm的軸肩處（chù）。根（gēn）據現場調查並結合斷軸的斷裂麵情況，筆者僅對滾筒軸的斷裂原（yuán）因分析如（rú）下。
1 載荷分析
DP-340皮帶輸送機是由電動機通過減速器帶動（dòng）主動滾筒轉動，由一對同步齒輪的齧合實現主、從動滾筒的共同轉動，利用輸送帶與滾（gǔn）筒表麵之間的靜摩擦來完成輸送帶的載物運輸（shū），其工作原理如圖1所示。
工作時，由於巷道起伏多變，輸（shū）送機的載荷隨坡度的變化而變化，同時，在井下實際生產（chǎn）中，煤量的（de）大（dà）小也隨采煤工作麵（miàn）條件（jiàn）的變化而變化，這（zhè）樣就造成輸送機的負載複雜多變，滾筒軸受到的力矩（jǔ）載荷也在不斷地發生變化，特別是在重負荷時緊急停車、輸送機倒轉時被逆止器（qì）逆止、重負荷時強行啟動這（zhè）三種惡劣（liè）工況下（xià），滾筒軸要承（chéng）受的扭矩（jǔ）Z大，且（qiě）具有衝擊性，如果這種惡劣工況（kuàng）頻繁（fán）和長期存在，則滾筒軸必然要承受巨大的反複交變的衝擊載荷（hé），在這種反複交變的衝擊載荷的作用下，軸很容易失（shī）效。
我們經過（guò）現（xiàn）場調查，發現在該礦四采區主下山，共鋪設8部皮帶輸送機，運輸線長，頻繁發生斷軸的3部皮帶輸送機所（suǒ）在位置的坡度變化Z大，該采區布置1個機采工作（zuò）麵，2個炮采工作麵，采煤量大，使皮帶輸送機的載荷加大（dà）；同時，由於8部（bù）皮（pí）帶輸送機（jī）相互連鎖，隻要前麵任何一部皮帶輸送機停車，後麵的所有（yǒu）皮帶輸（shū）送機（jī）就全部自動停車，這必然造成所有皮帶輸送機在（zài）重負荷下（xià）的頻繁啟動或停止。綜合上述分析，筆者認為煤量（liàng）大、坡度大、長期超載、頻繁的重負荷啟動和停車是造成（chéng）滾筒軸頸斷裂的主（zhǔ）要原因。
安（ān）裝時，主動滾筒和從動滾筒的中心線必須保證互相平行，否則，滾筒軸要承受徑向的剪切應力，平行度誤差越大，滾筒軸受到的剪切應力（lì）越大。
我們對現場使用的輸送機機頭主傳動係統進行（háng）分析，發現（xiàn）主動滾筒與從動滾筒中心軸（zhóu）線的平行度（dù）誤差為3.6%，這遠遠超過了皮帶機安裝的技術要求，滾筒（tǒng）軸必然要承受很大的剪切力，在這種情況下，軸很容易發生彎（wān）曲或斷（duàn）裂（liè）。可見，安裝時造成的軸的不平行是（shì）滾筒軸發生斷裂的重要原因。
2 斷軸的斷裂麵（miàn）分析
由（yóu）斷軸的（de）斷口可見：斷裂麵有截然不同的兩個區域，即疲勞斷裂區和瞬斷區。從斷口斷麵看，斷口上疲（pí）勞區有明顯的疲勞條紋，說明軸的破壞（huài）屬於疲勞（láo）破壞，瞬斷區所占比例大（dà）約為50%，可以認為，在（zài）工作過程中，軸的過載程度比較大；從疲勞區看，磨得比較粗糙，說明疲勞裂紋產生（shēng）後，因過載程度太大，裂紋的擴（kuò）展速度較（jiào）快，疲勞裂紋擴展期在總壽（shòu）命中所占的比例較小，兩斷麵還未發生摩擦就（jiù）進入瞬斷期；從瞬斷區（qū）看，斷口為纖維狀，說明Z後（hòu）斷裂屬於韌性斷裂。所以，從斷口的形貌分析可（kě）以判斷，軸的斷裂是屬於應（yīng）力集中引起的多（duō）源疲（pí）勞斷裂。另外，根據對斷軸的結構分析，發現d80mm-90mm的軸肩過渡處，圓角半徑R較小，隻有2mm-3mm，應力（lì）集中較大，這也是引起軸早期斷裂的重要原因之一。
3 鋼材成分和熱處理分析
為弄（nòng）清短軸（zhóu）的材質和熱處理狀態，我們對所有斷軸取樣進行化學成分分析，結果為：C0.39%、Si0.24%、Mn0.63%、P0.014%、S0.015%，屬於（yú）35#或40#鋼，測得表麵硬度（dù）為HB170左右，遠（yuǎn）遠沒有達到技術要求的HB240-280，材料的淬透性差，另外，由於軸的鍵槽部位經過中頻（pín）淬火處理，若操作不當，距（jù）鍵槽末端不遠處的軸（zhóu）肩，很（hěn）可能處於中頻淬火的熱影響區，熱（rè）影響區不利的殘餘應力與d80mm-d90mm的軸肩過渡處的（de）應（yīng）力集中迭（dié）加，更容易造成軸的早期疲勞開裂。
根據皮帶輸送機滾筒（tǒng）軸的使用條件和技術要求，結（jié）合有關資料介紹（shào），軸應選用（yòng）淬透性較好的中碳合金（jīn）結（jié）構鋼，比（bǐ）如38CrMnMo、35CrSiMnMo等，它們的淬透性都比較（jiào）好，經過調質處理後強韌（rèn）結合較好，為進一步提高疲勞強度，熱（rè）處理後的硬度還可提高到HB300左右。為緩和軸肩（jiān）過渡處的應力集中，應適當加（jiā）大圓角半徑，提高機加工質量。鍵槽部位中頻淬火操作時（shí）應注意（yì）避免熱影響區到達軸肩過渡處。如果采用局部表麵滾壓強化來提高這一區域的疲勞強度，可以在圓角過渡處形成有利於疲勞強度的表麵殘餘壓應力。
4 結語
通過以上分析，可以得出以下結論：
（1）皮帶輸送（sòng）機所處的位置坡度大，煤量大，頻繁的重（chóng）負荷停車或啟（qǐ）動，使軸承受較大的反複交變的衝擊載荷，過早地發生（shēng）疲勞破壞（huài），建議在（zài）坡度大的位置使用皮帶輸（shū）送機時，盡（jìn）量縮短皮帶輸送機的長度（dù），並且適當控製煤量，加強皮帶輸送機的（de）管理（lǐ），避免頻繁啟動停車，尤（yóu）其是重負荷停車或啟動。
（2）安裝質量（liàng）差，滾筒（tǒng）軸中心線不平（píng）行，使滾筒軸承受很大的剪切（qiē）力，造成（chéng）軸端彎曲或斷裂。建議提高（gāo）安裝質量，縮小滾筒（tǒng）軸的（de）不平行度。
（3）滾筒軸的材質差，熱處理後達不到設計的技術要求，強度低（dī），使軸發生早期的疲勞斷裂（liè），建議選（xuǎn）用淬透性較（jiào）好的中碳合金結構鋼，如38CrMnMo或（huò）35CrSiMnMo等，經調（diào）質處理（lǐ）來製造此軸。
（4）d80mm-d90mm軸（zhóu）肩過（guò）渡處，圓角半徑（jìng）太小，隻有2mm-3mm，造成軸肩過渡處應力集（jí）中較高，這是軸（zhóu）出現早期斷裂的一個主要原因。建議提高機加工質量，適當加大圓角半徑，並采用局部表（biǎo）麵（miàn）滾壓強化的方法，使疲勞壽（shòu）命得到提高（gāo）。
（5）熱處理質量（liàng）差（chà），軸的鍵槽部位（wèi）需經（jīng）過（guò）中頻淬火處理，淬火時操作不當，使（shǐ）軸頸變化的過渡處處於中頻淬火的熱影響區內，熱影響區不利的殘餘應力與軸的幾何形狀突變（biàn）處的應力集中迭加，是造成（chéng）軸早期疲勞斷（duàn）裂的（de）原因之一（yī）。建議提高熱處理（lǐ）質量，避免軸頸變化的過渡處處在熱處理的熱影響區（qū）內。
來源：《科技情報（bào）開發與經濟》2005年（nián）第15卷第18期
