刮板輸送機電機抱軸故障分析與對策

徐慶華

（黃石理工學院，湖北 黃石435003）

某煤礦一臺刮板輸送機，輸送量為150t/h，配套電機功率40k W，額定電壓380 V。2008年，該電機在運行中出現軸伸端軸承異常振動，溫度急劇升高，并伴有焦糊味煙氣冒出。維修人員對電機進行解體檢查發現，電機軸伸端軸承燒損，軸承架、滾動體磨損嚴重，軸承外圈局部變為藍色，軸承內圈與電機轉子抱死，并伴有多處點狀磨痕和裂紋。

這是一起典型的電機抱軸故障。據調查，類似刮板輸送機電機故障，在大、中型煤礦中時有發生，其根源在于煤礦井下生產環境的特殊性決定的。軸承損壞致使電機定、轉子磨擦，引起鐵芯溫度急劇上升，燒毀匝間絕緣，從而造成繞組匝間短路，嚴重時使定子鐵芯倒槽、錯位，轉軸磨損直至電機報廢，影響刮板輸送機的正常運行。

1 故障機理分析

（1）電機軸承內圈和轉軸為過盈配合，兩接觸表面沒有相對運動。隨著設備運行時間的延長，由于潤滑效率降低、安裝或維護保養不良，尤其電機在輸送間斷煤料作用下拖動不均勻負載后，過盈面出現小幅的相對運動。同時，接觸面的接觸壓力使結合表面微凸體產生塑性變形。當塑性變形足夠大時，發生金屬粘連。在外界小幅振動的反復作用下，粘連點被剪切，粘附金屬脫落。由于兩表面配合緊，磨屑很難排出，從而加速了微動磨損的進程。在連續高速運轉條件下，一直重復著粘連、剪切和剝落過程，最終導致軸承磨損失效而發生抱軸故障。

（2）軸電壓影響。正常情況下，電機轉軸與軸承間有起著絕緣作用的潤滑油膜。對于較低的軸電壓，這層潤滑油膜仍能保持其絕緣性能。當軸電壓增加到一定數值時，尤其在電機啟動時，軸承內的潤滑油膜還未穩定形成，軸電壓將油膜擊穿，在轉軸、軸承座和底板構成回路產生軸電流。軸電流從軸承和轉軸的金屬接觸點通過，由于該金屬接觸點很小，電流密度大，瞬間產生高溫致使軸承局部燒熔，被燒熔的軸承合金在碾壓力的作用下，在軸承內表面燒出小凹坑。通常轉軸硬度及機械強度比軸承燒熔合金高，其結果使軸承內表面及內外圈跑道被壓出條狀燒傷痕跡，嚴重時造成配合副粘合抱死，同時其表面伴有麻點和裂紋出現。

2 影響刮板輸送機電機抱軸失效因素

2.1 軸承裝配不當

冷裝時，不均勻敲擊軸承內圈使軸受到磨損，導致軸承內圈與軸頸配合失去過盈量或過盈量變小，出現走內圈現象；裝電機端蓋時，不均勻敲擊，導致軸承端蓋內圓與軸承外圈配合過松出現走外圈現象。無論走內圈還是走外圈，均會引起軸承運行溫度急劇上升，特別是走內圈會造成轉軸嚴重磨損和軸承抱死。另一種情形是，軸承與軸、軸承與端蓋裝配過緊或過盈量大，使軸承變形和橢圓度超標，引起軸承游隙過小或不均勻，導致軸承運行時摩擦力增加而溫度急劇上升。

2.2 額外振動因素

電機與刮板輸送機的軸心線不對中或軸線傾斜，引起機組運行時的干擾力，使機組產生與電機轉速相同的角頻率的振動。軸頸橢圓的電機在旋轉時，由于轉子重力而產生干擾振動，其振動頻率應是雙倍頻振動。轉軸彎曲亦會造成一個不平衡重量，以角速度ω圍繞靜平衡位置旋轉，其結果和轉子不平衡時完全相同。這種額外的振動和干擾力，嚴重影響電機軸承的正常運轉。

2.3 潤滑不合理

潤滑油選擇不當，使用劣質潤滑油，或者不同型號潤滑油脂混用，則會使潤滑效果不佳。同時，電機長期在井下潮濕、多粉塵環境下工作，潤滑油變質并破壞油膜，達不到潤滑和散熱效果，零件很容易發生膠合，摩擦溫度過高引起滾動體回火而導致軸承早期損壞。另外，不按規定時間和周期加注潤滑油，或潤滑油量未滿足要求，均使運動表面完全失去油膜保護，滾動體與滾道之間產生干摩擦，溫度升高導致運動表面損壞。

2.4 軸電壓危害

軸電壓是電機兩軸承端或電機轉軸與軸承間所產生的電壓。軸電壓產生的原因有：由于磁路磁場不平衡，有與轉軸相交鏈的旋轉磁通存在；當轉子繞組發生接地故障，有接地電流產生；轉軸上有剩余磁通，起單極發電機作用；鐵芯材料方向性引起磁路的磁阻不均等。

3 預防刮板輸送機電機抱軸的技術措施

3.1 科學選型

基于刮板輸送機的工作場合，選型時應注意以下幾點：

（1）選用密封性能好的電機和軸承，防止環境污染，避免礦井粉塵進入，確保軸承內部的清潔。

（2）選用冷卻電機軸承裝置，改善電機工作條件。通過冷卻水對電機軸承進行有效冷卻，這樣可以降低軸承運行溫度，并且得到良好的潤滑，延長軸承的使用壽命。

（3）電機負荷側的軸承宜選用較大的輕型滾珠軸承，而空載側則選用比負荷側小的輕型滾子軸承，這樣不但保證了軸承的承載能力，而且軸承的允許轉速大大超過了電機的實際轉速，達到或超過軸承的額定使用壽命。

3.2 控制安裝質量

組裝電機時，一定要保證定、轉子鐵芯對中，不得錯位，安裝軸承前，應先對其完好性進行仔細的檢查。裝配軸承，一般采用敲擊法或熱套法，前者應墊銅棒或鋼管，鋼管內徑略大于軸徑；熱套法則將軸承放在干凈的機油中加熱至100～110℃，然后從油中取出，盡快裝到軸上，并進行軸向緊固，確保軸承的裝配精度。軸承腔內不能留有任何雜質，填加潤滑油脂時必須保證潔凈。

3.3 保持良好的潤滑狀態

潤滑質量是電機軸承正常運行的關鍵，對軸承磨損、散熱、防銹、密封、緩沖等均起到影響作用。正確選擇潤滑油種類，按照電機轉速及負荷大小等運行條件進行選型。潤滑油脂的粘度是形成潤滑油膜的基本因素，對中負荷、中轉速工況，選用中粘度潤滑油脂；對重負荷、低轉速工況，選用高粘度潤滑油脂；對低負荷、高轉速工況，選用低粘度潤滑油脂。

3.4 運行與維護要求

（1）按照煤炭運輸崗位作業標準，定期對電機軸承進行維護和保養，保持電機外殼潔凈，通風、冷卻裝置不能有積垢。電機運行過程中，潤滑油脂的性能會發生變化，因此需定期更換，嚴格按照標準加入潤滑油脂，潤滑脂的填充量為軸承腔容積的1/2～2/3，潤滑油脂過量則會出現漏油。以球軸承直徑系列4為例，更換潤滑脂周期T=105×106/K n6d

式中：n-轉速，r p m；d-軸承內徑，mm；K-常數，直徑系列4取值1.2。

（2）定期校核電機轉子的動平衡，防止因軸彎曲、軸頸磨損、軸裂紋和轉子斷裂等因素而產生額外的振動。同時，檢查電機軸承是否有剝落、壓痕、銹蝕、裂紋、磨損等現象，因為振動對這些損傷因素很敏感。電機振動值應控制在表1規定的范圍內。

表1 電機振動 （雙振幅）允許值

3.5 加強溫度監測

溫度是表征刮板輸送機是否正常運行的重要參數之一，通過溫度監測，可以早期發現電機及軸承潛在問題，避免因電機軸承破壞所造成的非計劃性停機。通常，電機軸承的溫度隨著運轉開始逐漸上升，1～2h后達到穩定狀態，如果電機軸承溫度急驟上升，此時必須停止輸送機的運轉，并檢查電機軸承及負載情況。

常用的溫度監測方法，除了直接手摸感觸外，可以借助于紅外線測溫儀等儀器檢測。另外，還可以對電機控制系統安裝溫度巡檢儀，利用溫度傳感器對電機定子和軸承溫度時時進行監測。

3.6 消除軸電流

（1）在軸端安裝接地碳刷，使接地碳刷可靠接地，且與轉軸可靠接觸，保證轉軸電位為零電位，以降低軸電位。

（2）為防止磁不平衡等原因產生軸電流，可以在非軸伸端的軸承座與底板之間墊以絕緣墊板，軸承固定螺釘對軸承座絕緣，以切斷軸電流回路。

（3）為了避免其他電機附件導線絕緣破損造成的軸電流，要求運行維修人員細致檢查導線或墊片絕緣情況，以消除不必要的軸電流隱患。

4 結語

隨著現代煤炭工業生產規模日益擴大，刮板輸送機拖動電機的功率也越來越大。綜上分析，刮板輸送機電機抱軸故障系軸承裝配不當、額外振動、潤滑不良、軸電流因素所致。為此，應重點在選型、安裝與裝配、潤滑、運行與維護、狀態監測、消除軸電流等方面，采取可靠的技術措施，確保煤礦設備的安全運行。

再創底盤二次壽命，實現高效采礦低耗運營—— 威斯特中國卡特彼勒大型推土機底盤專題研討會在鞍山順利召開

日前，威斯特中國卡特彼勒大型推土機底盤專題研討會在遼寧鞍山舉辦，向礦山行業介紹卡特彼勒在業界率先推出的推土機底盤管理服務及卡特彼勒代理商專有的定制履帶服務 （CTS）。該項新服務能實現底盤的二次使用壽命，顯著降低推土機設備的每小時運營成本，在國外礦山用戶中廣受贊譽。對于中國的大型礦山企業，這是一項全新但客戶增值顯著的服務項目，正收到越來越多中國用戶的的關注。

來自包括神華、中煤、華能、霍林河、中鋁、首鋼、鞍鋼、本鋼等下屬大型礦山，共21名設備管理部門領導和技術專家們參加了這次的底盤研討會。研討會中重點推出的卡特彼勒代理商專有的定制履帶服務 （CTS），可以利用高科技儀器，如超聲波指示器等來檢測底盤各部件的磨損情況，通過系統軟件分析預測底盤系統的使用壽命，并制定服務項目和使用時間，以有效地管理和降低客戶運營成本。而卡特彼勒代理商基于CTS的檢測結果，嚴格按照卡特彼勒的相關維修工藝，使用專業的設備和工具進行的翻套、支重輪調換、重焊履齒、四輪一帶的修復等一系列底盤服務，能最大限度地延長鏈軌和履帶板的使用壽命，使底盤的系統壽命翻倍。其中維修后的底盤壽命可延長一倍而相關的底盤服務費用只占傳統方式更換新零部件費用的20%左右，大大減少了設備每小時的運營成本。

目前，威斯特中國已為神華準格爾煤礦完成了中國的第一臺卡特D11T大型推土機定制履帶服務和底盤管理服務。