礦用減速器輸入軸軸承損壞原因分析及改進措施研究

盧志剛

（山西焦煤西山煤電馬蘭礦， 山西 古交 030200）

引言

在煤礦綜采工作面中，刮板輸送機是最主要的設備，通常1 臺刮板輸送機上設置2、3 臺的礦用減速器，在刮板輸送機中最主要的部件就是減速器，刮板輸送機是否可靠受減速器質量的影響。

通過統計反饋的質量信息，在減速器輸入軸軸承發生故障的概率中功率在700 kW 以上發生故障的幾率占有非常大的比重，對煤礦采煤的安全生產與效率有很大的影響[1-3]，增加了維護成本，因此，對減速器輸入軸軸承損壞現象原因及解決措施展開研究。

1 減速器輸入軸組的主要構成

減速器的錐齒輪副被應用在刮板輸送機中，骨架油封、透蓋、間隔套、軸承杯、軸承與錐齒輪軸構成了輸入軸組。并且輸入軸組的結構是懸臂軸式，通常設置的軸承是3 個，在3 個軸承中，徑向力與軸向力被承受的分別是球面滾子軸承與NU 圓柱滾子軸承、QJ四點接觸球軸承，圖1 就是輸入軸組的結構圖。

圖1 輸入軸組結構

2 分析輸入軸組軸承發生損壞的主要原因

通過對反饋質量的信息進行分析得知，球面滾子軸承發生軸承故障的次數最多。在本文中，主要是對球面滾子軸承發生損壞的主要原因進行研究。在把輸入軸組進行拆解之后發現，其損壞的主要現象有兩類：一是軸承的滾道與滾動體的顏色稍微有黑色與藍色；二是內外圈與保持架發生碎裂。下面就是對導致上面兩種現象出現的原因。

1）經過計算發現，軸承的使用期限在20 000 h 以上，滿足設計條件，并把軸承強度中的欠缺因素排除在外。

2）在進行安裝時，內外圈的軸發生錯位，在運轉時，由于單排的滾子受力，造成了軸承損壞。可軸承座與孔之間的公差是H7，并且圓度的精度是6 級，滿足能夠軸向移動其外圈的靜比的有關條件；并在軸承的損壞位置沒有發現有不均勻的磨損滾道的狀況。

3）由于軸承潤滑較差的，導致在運轉時溫度太高，就會損壞軸承。現在，強制潤滑與浸油潤滑是輸入軸主要的潤滑措施，強制潤滑就是強制潤滑泵把潤滑油自箱體油池中吸出來，然后將經過設計的一軸油路與箱體流進一軸中，QJ 四點接觸球軸承和NU 圓柱滾子軸承之間位置就是出油口，球面滾子軸承把潤滑油輸送到箱體油池內，形成了循環的潤滑油，圖2 就是輸入軸組強制潤滑的示意圖。當工作面漏油或傾斜時，導致球面滾子軸承欠缺的浸油量、欠缺的潤滑而造成軸承損壞狀況中有此種方法，因此這個因素是主要原因。

圖2 輸入軸組強制潤滑示意圖

4）由于軸承較差的散熱，所以軸承在運轉時的溫度會增高，進而使軸承損壞。現在，水套冷卻是輸入軸軸承散熱與冷卻的主要方法，軸承產生的熱量可以被強制潤滑帶至箱體油池中，水冷式翅片管冷卻器可以把油池中的熱量進行散熱。

經過收集井下的能夠采用的有關數據與溫升試驗發現，1 000 kW 減速器處于熱平衡的狀態時，球面滾子軸承的外圈與油池在此時的溫度分別是100 ℃與80 ℃上下。輸入軸經過使用有限元的分析法來分析其熱穩態，第一步要做的就是對散熱與發熱的臨界條件進行確定。

主要的發熱源包括：在轉動齒輪嚙合時會有摩擦產生，進而有熱量產生；由于軸承轉動而發熱；由于軸和油封的接觸就會發生摩擦，進而有熱量產生；當齒輪在進行攪拌油時，就會損失功率進而產生熱量。

臨界散熱的條件：空氣與輸入軸的透蓋與軸伸的外露位置的熱量進行換熱；水套和軸承座的換熱；軸承與齒輪嚙合由于轉動而產生的熱量被潤滑油帶進潤滑油池內進行散熱。

繼而再分析，從圖3 中可以得知，球面滾子軸承中的滾動體的溫度最高，大概在110 ℃，其剩余軸承與外圈的滾動體的大概溫度在95 ℃，監測的實際數據與模擬的有關數據一致。

圖3 輸入軸溫度云圖

經過圖3 分析發現，整個輸入軸組的溫度都比較高，這樣就使潤滑油快速老化，極不易形成油膜，極易使軸承發生損壞；QJ 四點接觸球軸承和NU 圓柱滾子軸承中的所有熱量會被潤滑油帶至球面滾子軸承位置，并且其潤滑油是強制潤滑中的，對其散熱沒有幫助，因此此類因素是主要的原因。

軸承滾動體的損壞與管道顏色帶有黑色、藍色現象和主要原因的分析一致，所以，若想解決此問題就要降低把減速器油池的溫度與改變球面滾子軸承的潤滑措施等。

3 解決的方法

1）當設備的加工符合要求時，把軸承座處的外圓精度提高，就可以浮動軸承的外圈。并且當進行組裝時，會把“在未合箱時，對球面滾子軸承的內圈與外圈的平齊進行檢查”等有關要求增加進去。

2）當把強制潤滑的出油口增設到球面滾子軸承的外圈位置，確保軸承被完全潤滑，而且可以把軸承所產生的全部熱量都帶走，并把節流油嘴設計在出油口處，確保潤滑油存在于各個出油口，設計的節流油嘴孔的直徑是3 mm，圖4 就是改進之后的輸入軸組強制潤滑示意圖。

圖4 改進后輸入軸組強制潤滑示意圖

3）改變水冷式翅片管冷卻器材的材質，用銅替代碳鋼。銅在常溫時的熱傳導率要比碳鋼大的多，在改變其材質之后，換熱的效率得到了提高，潤滑油在箱體油池中的溫度下降，進而使輸入軸的溫度下降。

4 應用效果

以上所講的幾種方法實施到功率為1 000 kW 的三級圓錐圓柱行星減速器中。在結束組裝之后，和未改進減速器選取對應措施自試車臺在出廠時進行溫升實驗，并且減速器的主試與陪試分別是改進之前與改進之后。把監測輸入軸的球面滾子的外圈與油池的溫度的監測點設置到減速器中，圖5 就是油池的溫升曲線，在熱平衡到達之后，其減速器的主試與陪試的平衡溫度與輸入軸的溫度分別為76 ℃、68 ℃與97 ℃、90 ℃，有非常顯著的降溫效果。

圖5 油池溫升曲線

本文在結束改進之后，把改進前、后的減速器到試車臺中進行溫升實驗，并使用到了功率在700 kW以上的減速器中，獲得了顯著效果。由于逐漸推進的智慧礦山，傳感器配置到被用于刮板輸送機的減速器中，如壓力傳感器、振動傳感器、溫度傳感器等，經過對其輸入軸承的冷卻與潤滑狀況進行監測與了解，能夠更深層次地把軸承發生故障的可能性降低，進而把維護成本降低，使刮板輸送機更加可靠。