礦用提升絞車主軸斷裂原因分析與預(yù)防措施
2017-5-3 來源：新巴爾虎右旗榮達礦業(yè)有限責(zé)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(xiàn)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(yù)防措施，以確保提升絞車的安全使用和礦井的高效運行。
關(guān)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(chǎn)中需要頻繁地利用提升絞車升降人員、提升礦物產(chǎn)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(gòu)件，在使用過程中極易出現(xiàn)斷裂的情況，造成生產(chǎn)安全事故，影響礦井生產(chǎn)的經(jīng)濟效益，故亟需對其斷裂原因進行分析并提出相關(guān)預(yù)防措施。
1.主軸受力狀況分析
礦用提升絞車的關(guān)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(jù)相關(guān)主軸斷裂經(jīng)驗，繪制了礦用提升絞車主軸斷裂斷面形態(tài)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(qū)域組成。斷裂面1區(qū)顯著特征是斷裂面最為光亮，該區(qū)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(qū)顯著特點是多臺階式，該區(qū)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(qū)與斷裂面1區(qū)相比，斷裂表面較為粗糙，與斷裂面4區(qū)相比較為光滑，3區(qū)可隱約觀察到裂紋擴展留下的弧形線。斷裂面4區(qū)可分為兩個部分，一區(qū)塊是主軸拆開之前形成的斷裂面，一區(qū)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(gòu)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(qū)別疲勞斷裂與其他斷裂的根本依據(jù)。疲勞斷裂面根據(jù)其斷裂后表面形態(tài)特征的不同可以分為疲勞斷裂核心區(qū)、疲勞來源區(qū)、疲勞裂紋發(fā)展區(qū)、裂紋快速擴展區(qū)及瞬時斷裂區(qū)等5個區(qū)域。在工程應(yīng)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(qū)、疲勞裂紋擴展區(qū)和瞬時斷裂區(qū)這3個主要區(qū)域。根據(jù)礦用提升絞車主軸斷裂的形態(tài)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(shè)備及人員的安全造成嚴(yán)重影響，損害相關(guān)施工單位的經(jīng)濟利益，因此在礦場使用過程中需要重點預(yù)防，采取相關(guān)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(guān)鍵部位應(yīng)避免被車床車削，造成應(yīng)力值下降。嚴(yán)禁在主軸上隨意加工槽、孔等，以免主軸的部分區(qū)域應(yīng)力過于集中，造成主軸安全系數(shù)降低。（2）嚴(yán)禁在主軸上進行焊接加工。在焊接過程中會產(chǎn)生大量的熱，極易造成主軸材料抗疲勞應(yīng)力下降，經(jīng)受不了設(shè)計要求的工作強度。在主軸上焊接的鍵、檔環(huán)、銷子等添加構(gòu)件會造成主軸受力的不均衡，產(chǎn)生斷裂。（3）切向鍵的安置需遵循正確的程序，鍵的聯(lián)接處必須固定穩(wěn)定，不能產(chǎn)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(dǎo)致接觸點和接觸面積不符合設(shè)計要求，從而造成受力后鍵的松動，出現(xiàn)輪轂、半聯(lián)軸器的不穩(wěn)定工作，造成主軸斷裂，影響生命和財產(chǎn)安全。（4）組織相關(guān)技術(shù)人員對主軸的運行情況進行定期檢查。在應(yīng)力集中部位需進行嚴(yán)格的探傷檢查，出現(xiàn)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(fā)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(fù)工作不夠細致，沒有及時發(fā)現(xiàn)潛在裂紋，排除安全隱患。（5）主軸中鍵槽的磨損不能超過規(guī)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(xiàn)。（6）在現(xiàn)場使用過程中，施工人員必須嚴(yán)格遵守提升絞車的操作規(guī)范，避免出現(xiàn)承受載荷超標(biāo)情況的出現(xiàn)，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(guī)操作。如果無意間進行了上述操作，需對主軸進行全面嚴(yán)格的探傷檢查，防止裂紋的出現(xiàn)造成主軸強度降低，構(gòu)成安全隱患。
4.j結(jié)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(chǎn)生較大的彎矩，極易造成斷裂現(xiàn)象。根據(jù)其受力情況和斷裂面形態(tài)分析確定造成主軸斷裂的主要原因是交變應(yīng)力產(chǎn)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(yù)防措施，能避免提升絞車主軸發(fā)生斷裂造成人員和財產(chǎn)安全損失。
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