礦用提升絞車主軸斷裂原因分析與預防措施
2017-5-3 來源：新巴爾虎右旗榮達礦業有限責任公司 作者： 王 奇
摘要：針對礦用提升絞車在頻繁的礦井工作過程中主軸極易出現斷裂造成安全事故的問題，對提升絞車的核心部位主軸進行了受力分析，找出了斷裂的主要原因———疲勞斷裂，并針對這一情況提出了6條預防措施，以確保提升絞車的安全使用和礦井的高效運行。
關鍵詞：礦用絞車；主軸；斷裂原因；措施
0.引言
礦用提升絞車在礦場施工中具有重要作用。在礦井生產中需要頻繁地利用提升絞車升降人員、提升礦物產品，因此對提升絞車的性能要求較高。主軸作為提升絞車的主要工作構件，在使用過程中極易出現斷裂的情況，造成生產安全事故，影響礦井生產的經濟效益，故亟需對其斷裂原因進行分析并提出相關預防措施。
1.主軸受力狀況分析
礦用提升絞車的關鍵部位是主軸，主軸承受提升絞車在工作過程中的主要載荷。卷筒、離合器、齒輪等主要運動部件都與主軸相依托，這些部件運動狀況直接決定整個提升絞車的安全性，影響其工作效率。因此需要對主軸的受力進行分析，保證其工作過程中在外部載荷的作用下依然能夠安全高效工作，并具有一定期限的使用壽命。
2.主軸斷裂原因分析
根據相關主軸斷裂經驗，繪制了礦用提升絞車主軸斷裂斷面形態示意圖，如圖2所示。從圖中可以看出，在不同工作階段斷裂所形成的裂紋存在明顯的差異，具有顯著的擴展特征。斷裂面由4個典型區域組成。斷裂面1區顯著特征是斷裂面最為光亮，該區域斷裂面與軸向所在直線所成角度為45°，并逐漸趨于與軸向垂直的位置，有較為明顯的摩擦痕跡；斷裂面2區顯著特點是多臺階式，該區塊是主軸形成的初始裂紋，沿著主軸的圓周表面形成多處摩擦損壞的痕跡，分布在整個斷口上。斷裂面3區與斷裂面1區相比，斷裂表面較為粗糙，與斷裂面4區相比較為光滑，3區可隱約觀察到裂紋擴展留下的弧形線。斷裂面4區可分為兩個部分，一區塊是主軸拆開之前形成的斷裂面，一區塊是主軸拆下之后形成的新的斷裂面，兩個部分的斷裂面均較為粗糙，表面存在較大起伏。
工程構件在長期工作中形成的疲勞斷裂，與其他類型斷裂的過程不同，主軸上形成了具有不同形貌的斷裂面，這也是區別疲勞斷裂與其他斷裂的根本依據。疲勞斷裂面根據其斷裂后表面形態特征的不同可以分為疲勞斷裂核心區、疲勞來源區、疲勞裂紋發展區、裂紋快速擴展區及瞬時斷裂區等5個區域。在工程應用上，從實際觀察情況來看，斷裂面一般只能看到疲勞來源區、疲勞裂紋擴展區和瞬時斷裂區這3個主要區域。根據礦用提升絞車主軸斷裂的形態可以確定其斷裂類型屬于疲勞斷裂，因此主軸斷裂的主要原因是在長期工作中形成了疲勞斷裂。
3.防止主軸斷裂措施
礦用提升絞車的主軸斷裂將對設備及人員的安全造成嚴重影響，損害相關施工單位的經濟利益，因此在礦場使用過程中需要重點預防，采取相關措施防止主軸斷裂。
（1）在加工過程中，主軸的臺肩、軸徑、過渡圓角等關鍵部位應避免被車床車削，造成應力值下降。嚴禁在主軸上隨意加工槽、孔等，以免主軸的部分區域應力過于集中，造成主軸安全系數降低。（2）嚴禁在主軸上進行焊接加工。在焊接過程中會產生大量的熱，極易造成主軸材料抗疲勞應力下降，經受不了設計要求的工作強度。在主軸上焊接的鍵、檔環、銷子等添加構件會造成主軸受力的不均衡，產生斷裂。（3）切向鍵的安置需遵循正確的程序，鍵的聯接處必須固定穩定，不能產生任何松動。以往的安全事故中存在因為自行配置切向鍵而沒有進行仔細刮研，導致接觸點和接觸面積不符合設計要求，從而造成受力后鍵的松動，出現輪轂、半聯軸器的不穩定工作，造成主軸斷裂，影響生命和財產安全。（4）組織相關技術人員對主軸的運行情況進行定期檢查。在應力集中部位需進行嚴格的探傷檢查，出現安全隱患的主軸要及時排除隱患或更換主軸，以保證主軸的安全運作。從目前發生的主軸斷裂安全事故情況來看，事故的起因都是對主軸的檢查和修復工作不夠細致，沒有及時發現潛在裂紋，排除安全隱患。（5）主軸中鍵槽的磨損不能超過規定的安全范圍，一般是不超過鍵槽寬度的5%～8%，鍵槽磨損后可進行一定的修補，但修補不得超過鍵槽寬度的10%，并且不允許異形槽的出現。（6）在現場使用過程中，施工人員必須嚴格遵守提升絞車的操作規范，避免出現承受載荷超標情況的出現，對于載荷較大的工程需進行分解操作，同時要避免諸如過卷拉斷鋼絲繩、頻繁安全制動等違規操作。如果無意間進行了上述操作，需對主軸進行全面嚴格的探傷檢查，防止裂紋的出現造成主軸強度降低，構成安全隱患。
4.j結語
礦用提升絞車在礦井運作過程主要用于提升礦物和上下人員，在工作過程中主軸受到周期性的外力作用，產生較大的彎矩，極易造成斷裂現象。根據其受力情況和斷裂面形態分析確定造成主軸斷裂的主要原因是交變應力產生了疲勞斷裂。本文從主軸的前期加工和后期礦場工作人員的使用維護方面提出了6條預防措施，能避免提升絞車主軸發生斷裂造成人員和財產安全損失。
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