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電動(dòng)滾筒常見(jiàn)故障分析與傳動(dòng)裝置外置式滾筒的設(shè)計(jì)

          電動(dòng)滾筒故障率較高，檢查、檢修困難是影響皮帶機(jī)正常運(yùn)行和系統(tǒng)正常生產(chǎn)的一個(gè)重要因素。本文僅就電動(dòng)滾筒發(fā)生故障的原因，參照國(guó)內(nèi)多種機(jī)型結(jié)構(gòu)，提出新的改進(jìn)設(shè)計(jì)思路。   
         
1   滾筒故障原因分析     
       筆者所在的竹林山煤炭有限責(zé)任公司生產(chǎn)系統(tǒng)、洗選系統(tǒng)和銷(xiāo)售裝車(chē)系統(tǒng)共使用電動(dòng)滾筒驅(qū)動(dòng)的皮帶機(jī)32 臺(tái)，帶寬B=650mm，功率為5.5～22kW，長(zhǎng)度多為15～120m，其中最長(zhǎng)兩臺(tái)為500m。在運(yùn)行過(guò)程中，只要其中一臺(tái)發(fā)生故障，輕則影響系統(tǒng)運(yùn)行，重則影響全礦正常生產(chǎn)。導(dǎo)致皮帶機(jī)停運(yùn)的故障一般有以下幾個(gè)方面：
 1.1 滾筒電機(jī)燒毀
（1）電源線外力拉斷和軸頭接線盒破裂斷線造成的 缺相。電機(jī)引線和外接電源電纜，通過(guò)滾筒空心軸端的通用接線盒連接，電纜因受外力拉扯導(dǎo)致一相脫落時(shí)，就造成電機(jī)缺相運(yùn)行，其余兩相帶電的繞組電流瞬時(shí)增大，在沒(méi)有可靠的斷相、過(guò)流保護(hù)功能的情況下，電機(jī)將迅速過(guò)熱燒毀。
（2）缺油引起的過(guò)熱。電動(dòng)滾筒內(nèi)部按規(guī)定要注入內(nèi)腔容積1/3 的機(jī)械油，來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和電機(jī)的潤(rùn)滑與冷卻。在使用過(guò)程中，由于管理、檢查、維護(hù)、檢修、作業(yè)環(huán)境等方面原因，經(jīng)常出現(xiàn)軸端骨架油封老化、磨損、兩側(cè)端蓋松動(dòng)、注油孔螺塞松動(dòng)等原因引起的漏油。當(dāng)油位過(guò)低或無(wú)油時(shí)，發(fā)現(xiàn)和補(bǔ)充油料不及時(shí)，都會(huì)造成內(nèi)部相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件摩擦加劇，溫升急劇上升。電機(jī)及機(jī)械部分工況惡劣，電機(jī)定子繞組絕緣快速下降，最后造成電機(jī)燒毀，機(jī)械零件干摩擦損壞。    
（3）過(guò)載。這種情況較為少見(jiàn)，但由于操作人員疏忽大意，前方設(shè)備停運(yùn)時(shí)未及時(shí)停止皮帶機(jī)，使機(jī)頭物料堆積，物料與皮帶、滾筒間摩擦阻力增大，時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)造成過(guò)流和堵轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)載高度和角度不合理下皮帶回煤或物料堆積嚴(yán)重等也可能造成電機(jī)燒毀。  
（4）其它機(jī)械故障引起的過(guò)載燒毀電機(jī)。
1.2 內(nèi)部機(jī)械零部件損壞
（1）電機(jī)齒輪磨損、脫落。電機(jī)軸端裝有一個(gè)小齒輪，在滾筒的傳動(dòng)系統(tǒng)中，它的轉(zhuǎn)速最高，所以磨損的概率也最大；如果電機(jī)軸端的卡簧斷裂脫落，小齒輪就會(huì)很快脫離電機(jī)軸，造成滾筒不轉(zhuǎn)。
（2）傳動(dòng)齒輪損壞。多因材質(zhì)、熱處理硬度不夠或脆性過(guò)大、缺油而引起的過(guò)度磨損和掉齒等。
（3）軸承損壞。缺油、換油不及時(shí)導(dǎo)致油質(zhì)不良或者雜油混加使油品變質(zhì)失去潤(rùn)滑性能等，含有雜質(zhì)引起軸承滾道異常磨損，而導(dǎo)致的軸承點(diǎn)蝕、相對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)表面金屬剝離，過(guò)熱燒死等故障。
（4）筒體內(nèi)部焊接機(jī)架開(kāi)焊散落，使電機(jī)或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)失去有效支撐和固定，零部件嚴(yán)重沖擊損壞。
           不管哪種原因造成的電機(jī)燒毀和零部件損壞，都要更換整個(gè)電動(dòng)滾筒，全部解體后修復(fù)更換損壞的零部件。電機(jī)裝配在筒體內(nèi)部，除電機(jī)繞組能用電工儀表測(cè)量外，其余的幾乎無(wú)法查、維護(hù)，燒毀后才更換下來(lái)，進(jìn)行解體大修，重繞定子線圈修復(fù)。一般電動(dòng)滾筒電機(jī)斷面較小，繞組下線、裝配工藝要求高，都需熟練的專業(yè)修理人員操作，全部的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)零件都在筒體內(nèi)部，修理、裝配空間小，難度較大，修理周期較長(zhǎng)，投入費(fèi)用高。
        針對(duì)電動(dòng)滾筒的高故障率制約生產(chǎn)的瓶頸問(wèn)題，除了在電器控制上裝設(shè)靈敏可靠的保護(hù)功能，同時(shí)加強(qiáng)檢查、維護(hù)、檢修、備用等方面的管理，我們研究改變傳統(tǒng)電動(dòng)滾筒的結(jié)構(gòu)，使傳動(dòng)裝置和電動(dòng)機(jī)外置的方案，既改善了傳動(dòng)裝置和電動(dòng)機(jī)的工作條件，又極大地方便了檢查、維護(hù)、檢修、更換作業(yè)。其基本結(jié)構(gòu)原理見(jiàn)圖1。

        
 
2   外置傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)思考
      要從根本上改變電動(dòng)滾筒機(jī)械零件檢修困難的難題，必須把機(jī)械傳動(dòng)部分和電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)到筒體外面，同時(shí)還要保證滾筒的傳動(dòng)效率、結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度和安裝、檢查、維護(hù)、檢修的方便等諸多方面因素。
      （1）滾筒：采用傳統(tǒng)DT 型皮帶機(jī)滾筒的結(jié)構(gòu)，滾筒直徑一般不宜大于500mm，寬度不宜超過(guò)950mm （配800mm 皮帶）。其筒體輪轂與軸的裝配可采用平鏈連接方式，傳動(dòng)端比非傳動(dòng)端適當(dāng)加長(zhǎng)，以便于傳動(dòng)部件的裝配與固定（見(jiàn)圖1）。軸與滾筒裝配固定后，對(duì)筒體外圓精加
工，外圓與軸同心度誤差不大于0.05mm，以保證整機(jī)傳動(dòng)平穩(wěn)，摩擦阻力均勻。在輸送含水大的物料和上運(yùn)傾角較大時(shí)要使用注膠滾筒。 
      （2）軸承座：非軸伸端可采用傳統(tǒng)的盲孔軸承座，材料為鑄鐵HT25-45 或鑄鋼ZG230-450，也可采用A3 鋼板根據(jù)實(shí)際形狀下料焊接。但軸伸端軸承座要固定傳動(dòng)部件，承載傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（減速器）、驅(qū)動(dòng)機(jī)械（電動(dòng)機(jī)）的向下的重力和驅(qū)動(dòng)滾筒傳動(dòng)的扭矩，所以它的材料必須選擇
鑄鋼ZG230-450 或A3、Q235 焊接結(jié)構(gòu)等，才能保證傳遞扭矩所需的機(jī)械強(qiáng)度和剛性，其結(jié)構(gòu)和形狀見(jiàn)圖2。

                  
（3）連接盤(pán)：它是安裝傳動(dòng)部件的關(guān)鍵零件，所有傳動(dòng)系統(tǒng)的質(zhì)量全部作用于連接盤(pán)4 以及它與軸承座連接的螺栓上（見(jiàn)圖2），所以連接盤(pán)的材質(zhì)、加工精度、裝配同心度直接關(guān)系到傳動(dòng)系統(tǒng)的工作狀況和使用壽命，是整個(gè)電動(dòng)滾筒上的關(guān)鍵零件。必須選用A3 或性能相近的材料。連接盤(pán)與軸承座的裝配，主要依靠定位臺(tái)階8 的精確配合，用螺絲5 緊固牢靠。
（4）連接罩筒：如圖1，這是一個(gè)過(guò)渡零件，它要承載整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的重力作用與滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的扭矩，所以它的材料宜采用A3 或Q235 等，為了保證滾筒軸與減速器軸的同心度，罩筒兩端的裝配孔中心必須同心，且兩端面必須平行。罩筒19 內(nèi)部空間要能容納下滾筒軸與減速器連軸器的體積并稍有余量。
（5）聯(lián)軸器（如圖1）：為了制造方便和通用，可采用傳統(tǒng)的尼龍柱銷(xiāo)聯(lián)軸器20，柱銷(xiāo)21 的孔徑和數(shù)量要按所傳遞的扭矩大小來(lái)確定，同時(shí)還要考慮在過(guò)載時(shí)能可靠切斷柱銷(xiāo)2，起到一定的過(guò)載保護(hù)作用。
（6）減速器電機(jī)（如圖1）：如果使用一般擺線針輪減速器，電機(jī)26 與減速器25 占據(jù)橫向空間過(guò)大，在狹窄的空間布置困難，經(jīng)過(guò)查閱資料進(jìn)行比對(duì)，選擇K77 型斜齒螺旋傘齒輪垂直傳動(dòng)減速器較為適宜，此減速器體積小、重量輕，電機(jī)直接裝配在減速機(jī)殼體上，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便。它的減速比范圍大，同規(guī)格型號(hào)各種速比都有，容易選出合理的減速比。和同功率的其它減速機(jī)相比，它的體積最小，質(zhì)量最輕。例如11kW 的減速機(jī)橫向尺寸最大只有210mm，質(zhì)量為49kg，能滿足較小空間的要求和減少對(duì)連接盤(pán)、罩筒的旋轉(zhuǎn)扭力。它的輸出側(cè)為法蘭式結(jié)構(gòu)，連接罩筒的一端可按減速器法蘭結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)，能很方便地進(jìn)行對(duì)接裝配。
 
3   設(shè)計(jì)基本要求
（1）外置傳動(dòng)電動(dòng)滾筒的主要零部件的設(shè)計(jì)：要按所配套皮帶機(jī)的主要參數(shù)和設(shè)備工況進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算時(shí)要適當(dāng)考慮20%~30%左右的過(guò)載系數(shù)。
 （2）本結(jié)構(gòu)宜選擇22kW 以下的功率傳遞，帶寬不宜超過(guò)b=800mm，帶速不宜超過(guò)u=2m/min，皮帶機(jī)輸送傾角小于+8°。
（3）由于結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、固定等方面的因素，必須采用電機(jī)與減速機(jī)直接裝配傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)，以避免設(shè)備體積、質(zhì)量過(guò)大的問(wèn)題。當(dāng)傳動(dòng)功率超過(guò)15kW 時(shí)，電機(jī)或減速器底部要增設(shè)附屬支撐，軸承座，連接盤(pán)和連接罩筒都要按對(duì)應(yīng)的載荷進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)制造。
（4）電器保護(hù)要齊全、性能可靠，在斷相、過(guò)載時(shí)迅速斷開(kāi)電源。
（5）一般情況下，要先選擇功率小的皮帶機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，以5.5-11kW 較為適宜，試運(yùn)行時(shí)間一般按空載1h，50%以下負(fù)載2h，逐步加載，并觀察檢查傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作情況，一切正常后加至滿載運(yùn)行不少于20h。以保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確科學(xué)。試運(yùn)行要達(dá)到以下結(jié)果：①各運(yùn)轉(zhuǎn)部件運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無(wú)異常溫升，異常振動(dòng)和異常泄漏；②主機(jī)額定輸送量時(shí)，電機(jī)電流不超過(guò)額定值；人為斷相、過(guò)載時(shí)電器保護(hù)能可靠動(dòng)作切斷電源；③軸承座與機(jī)架，各傳動(dòng)部件間的連接緊固無(wú)松動(dòng)；④連接罩筒焊縫無(wú)開(kāi)裂，法蘭無(wú)變形，兩端無(wú)明顯晃動(dòng)；⑤聯(lián)軸器無(wú)雜音，柱銷(xiāo)無(wú)明顯磨損等。

4   使用效果
      在地面篩分系統(tǒng)中兩臺(tái)轉(zhuǎn)載皮帶機(jī)進(jìn)行了生產(chǎn)性運(yùn)行。
    （1）皮帶機(jī)主要參數(shù)：B=650mm、v=2m/s、Q=160t/h、L=26m、傾角β=3°-5°，電機(jī)功率p=5.5kW，4 級(jí)，I=11A；減速器為K67 型斜齒螺旋傘齒輪垂直傳動(dòng)減速機(jī)，減速比為21.74，n1 =1450r/min、n2 =66r/min， 驅(qū)動(dòng)滾筒直徑為500mm，運(yùn)送物料為13～30mm 篩分后顆粒狀塊煤。
    （2）工作時(shí)間：每天3 班，每班有效運(yùn)行時(shí)間約為6h，每月25 天，年有效生產(chǎn)時(shí)間10 個(gè)月，那么皮帶機(jī)年運(yùn)行時(shí)間為：6×3×25×10=4500h。
    （3）使用條件：地面工業(yè)廣場(chǎng)，安裝在鋼架走廊內(nèi)，無(wú)直接淋水，四季自然溫度，夏季最高38℃，冬季最低-10℃，冬季更換防凍機(jī)油，夏季無(wú)降溫措施，機(jī)頭卸載處粉塵較多，卸載空間能滿足轉(zhuǎn)載、清理的要求，有噴霧防塵裝置，在接線盒處采取防水滲入措施，運(yùn)量最大140t 左右，電機(jī)電流最大為9.5A，無(wú)過(guò)載和操作失誤發(fā)生。
    （4）檢查維護(hù)管理：每班由作業(yè)人員日常檢查4 次，跟班修理工檢查1 次，每周由隊(duì)班安排專人全面檢查一次，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)維護(hù)、保養(yǎng)和檢修，每月由專人對(duì)電機(jī)、控制開(kāi)關(guān)和保護(hù)功能試驗(yàn)、電纜、減速器、滾筒等全部檢查、檢修一次，年終對(duì)電機(jī)、減速機(jī)檢查大修。
    （5）連續(xù)運(yùn)行一年時(shí)間，無(wú)一處零件損壞，無(wú)一次電機(jī)故障，未出現(xiàn)一次影響系統(tǒng)正常生產(chǎn)。除按規(guī)定時(shí)間更換減速器機(jī)油和日常保養(yǎng)注油外，幾乎無(wú)其它維修費(fèi)用發(fā)生。直接經(jīng)濟(jì)效益和不影響生產(chǎn)的間接經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。
   （6）檢查、拆卸：拆除電機(jī)時(shí)，只需將與減速器固定的安裝法蘭處的四個(gè)螺栓松開(kāi)，電機(jī)即可輕松拆除。拆除減速器時(shí)，只需將罩筒連接處的法蘭上四個(gè)螺栓拆開(kāi)取下，減速器即可方便拆除，一般稍具機(jī)械知識(shí)的作業(yè)人員，最多10min 就能完成。減速器上有檢查孔，打開(kāi)后可以直觀地觀察到內(nèi)部齒輪、軸、部分軸承的使用、磨損情況，即使損壞也可拆開(kāi)更換，電機(jī)屬于通用三相異步電動(dòng)機(jī)，檢查、檢修按常規(guī)方法即可。由于工作環(huán)境較好，通風(fēng)散熱容易，檢查、檢修方便，有效地提高了設(shè)備的保養(yǎng)、檢修效率，降低了檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。從根本上杜絕電機(jī)燒毀和傳動(dòng)零件因磨損損壞造成停產(chǎn)的事故。
    （7）造價(jià)：在有機(jī)械加工設(shè)備的單位，除減速器、電機(jī)、軸承外的零部件都有條件自己制造，購(gòu)買(mǎi)減速器電機(jī)投入約為5000 元，相比較傳動(dòng)電動(dòng)滾筒的1 萬(wàn)多元的價(jià)格，外置傳動(dòng)式滾筒在成本上優(yōu)勢(shì)明顯。

5    結(jié)語(yǔ)
        經(jīng)過(guò)一年多來(lái)的運(yùn)行，傳動(dòng)外置式電動(dòng)滾筒達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，既降低了購(gòu)買(mǎi)使用成本，又保證了系統(tǒng)生產(chǎn)的安全正常運(yùn)行，杜絕了不正常機(jī)電設(shè)備事故的發(fā)生和非正常停運(yùn)造成的損失，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)效益。