矿用提升绞车主轴断裂原因分析与预防措施
2017-5-3 来源：新巴尔虎右旗荣达矿业有限责任公司 作者： 王 奇
摘要：针对矿用提升绞车在频繁的矿井工作过程中主轴极易出现断裂造成安全事故的问题，对提升绞车的核心部位主轴进行了受力分析，找出了断裂的主要原因———疲劳断裂，并针对这一情况提出了6条预防措施，以确保提升绞车的安全使用和矿井的高效运行。
关键词：矿用绞车；主轴；断裂原因；措施
0.引言
矿用提升绞车在矿场施工中具有重要作用。在矿井生产中需要频繁地利用提升绞车升降人员、提升矿物产品，因此对提升绞车的性能要求较高。主轴作为提升绞车的主要工作构件，在使用过程中极易出现断裂的情况，造成生产安全事故，影响矿井生产的经济效益，故亟需对其断裂原因进行分析并提出相关预防措施。
1.主轴受力状况分析
矿用提升绞车的关键部位是主轴，主轴承受提升绞车在工作过程中的主要载荷。卷筒、离合器、齿轮等主要运动部件都与主轴相依托，这些部件运动状况直接决定整个提升绞车的安全性，影响其工作效率。因此需要对主轴的受力进行分析，保证其工作过程中在外部载荷的作用下依然能够安全高效工作，并具有一定期限的使用寿命。
2.主轴断裂原因分析
根据相关主轴断裂经验，绘制了矿用提升绞车主轴断裂断面形态示意图，如图2所示。从图中可以看出，在不同工作阶段断裂所形成的裂纹存在明显的差异，具有显著的扩展特征。断裂面由4个典型区域组成。断裂面1区显著特征是断裂面最为光亮，该区域断裂面与轴向所在直线所成角度为45°，并逐渐趋于与轴向垂直的位置，有较为明显的摩擦痕迹；断裂面2区显著特点是多台阶式，该区块是主轴形成的初始裂纹，沿着主轴的圆周表面形成多处摩擦损坏的痕迹，分布在整个断口上。断裂面3区与断裂面1区相比，断裂表面较为粗糙，与断裂面4区相比较为光滑，3区可隐约观察到裂纹扩展留下的弧形线。断裂面4区可分为两个部分，一区块是主轴拆开之前形成的断裂面，一区块是主轴拆下之后形成的新的断裂面，两个部分的断裂面均较为粗糙，表面存在较大起伏。
工程构件在长期工作中形成的疲劳断裂，与其他类型断裂的过程不同，主轴上形成了具有不同形貌的断裂面，这也是区别疲劳断裂与其他断裂的根本依据。疲劳断裂面根据其断裂后表面形态特征的不同可以分为疲劳断裂核心区、疲劳来源区、疲劳裂纹发展区、裂纹快速扩展区及瞬时断裂区等5个区域。在工程应用上，从实际观察情况来看，断裂面一般只能看到疲劳来源区、疲劳裂纹扩展区和瞬时断裂区这3个主要区域。根据矿用提升绞车主轴断裂的形态可以确定其断裂类型属于疲劳断裂，因此主轴断裂的主要原因是在长期工作中形成了疲劳断裂。
3.防止主轴断裂措施
矿用提升绞车的主轴断裂将对设备及人员的安全造成严重影响，损害相关施工单位的经济利益，因此在矿场使用过程中需要重点预防，采取相关措施防止主轴断裂。
（1）在加工过程中，主轴的台肩、轴径、过渡圆角等关键部位应避免被车床车削，造成应力值下降。严禁在主轴上随意加工槽、孔等，以免主轴的部分区域应力过于集中，造成主轴安全系数降低。（2）严禁在主轴上进行焊接加工。在焊接过程中会产生大量的热，极易造成主轴材料抗疲劳应力下降，经受不了设计要求的工作强度。在主轴上焊接的键、档环、销子等添加构件会造成主轴受力的不均衡，产生断裂。（3）切向键的安置需遵循正确的程序，键的联接处必须固定稳定，不能产生任何松动。以往的安全事故中存在因为自行配置切向键而没有进行仔细刮研，导致接触点和接触面积不符合设计要求，从而造成受力后键的松动，出现轮毂、半联轴器的不稳定工作，造成主轴断裂，影响生命和财产安全。（4）组织相关技术人员对主轴的运行情况进行定期检查。在应力集中部位需进行严格的探伤检查，出现安全隐患的主轴要及时排除隐患或更换主轴，以保证主轴的安全运作。从目前发生的主轴断裂安全事故情况来看，事故的起因都是对主轴的检查和修复工作不够细致，没有及时发现潜在裂纹，排除安全隐患。（5）主轴中键槽的磨损不能超过规定的安全范围，一般是不超过键槽宽度的5%～8%，键槽磨损后可进行一定的修补，但修补不得超过键槽宽度的10%，并且不允许异形槽的出现。（6）在现场使用过程中，施工人员必须严格遵守提升绞车的操作规范，避免出现承受载荷超标情况的出现，对于载荷较大的工程需进行分解操作，同时要避免诸如过卷拉断钢丝绳、频繁安全制动等违规操作。如果无意间进行了上述操作，需对主轴进行全面严格的探伤检查，防止裂纹的出现造成主轴强度降低，构成安全隐患。
4.j结语
矿用提升绞车在矿井运作过程主要用于提升矿物和上下人员，在工作过程中主轴受到周期性的外力作用，产生较大的弯矩，极易造成断裂现象。根据其受力情况和断裂面形态分析确定造成主轴断裂的主要原因是交变应力产生了疲劳断裂。本文从主轴的前期加工和后期矿场工作人员的使用维护方面提出了6条预防措施，能避免提升绞车主轴发生断裂造成人员和财产安全损失。
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