连续采煤机截割齿轮箱主轴修复
张东宝
【摘 要】通过大修分析,找出了EML340A型连续采煤机截割齿轮箱主轴轴颈磨损的原因,采取合理的焊补工艺对主轴轴颈进行了修复.结果表明,采用焊补修复的方法可以满足主轴的精度和强度要求,提高了设备的可靠性. 【期刊名称】《煤矿机电》 【年(卷),期】2017(000)005 【总页数】3页(P88-90)
【关键词】连续采煤机;主轴轴颈;磨损;焊补 【作 者】张东宝
【作者单位】中国煤炭科工集团太原研究院有限公司,山西太原030006 【正文语种】中 文 【中图分类】TD525
国产连续采煤机已在晋城矿区成功应用，对改善我国煤矿采掘比例失调，提高煤炭资源的回收率具有重要意义。截割机构齿轮箱主轴造价昂贵，但在使用一定时间后，主轴一轴颈处存在严重磨损现象。本文就其失效的原因进行分析，并对修复工艺进行了探讨。
主轴工作转速51 r/min，工作温度-40 ℃～120 ℃。主轴结构左右对称设计，轴颈与圆锥滚子轴承内圈采用过盈配合，主轴驱动内圈旋转；轴承外圈与侧轮毂采用过渡配合。该主轴材料是合金钢，其部分参数见表1。
2.1 主轴宏观检测
图1和图2是主轴的外观形貌图。从图中可看出，主轴轴颈与轴承内圈配合面存在较大范围有磨痕、凹坑，凹坑深度为0.2～0.7 mm,且轴颈存在不同程度的变色，颜色为浅红棕色，导致主轴轴颈与内圈配合失效。
采用游标卡尺对主轴轴颈测量，实际测量平均值为φ180.021 mm，符合图纸设计要求。轴颈表面粗糙度应为1.6 μm，无法满足实际要求。 2.2 主轴微观检测 2.2.1 材质检查
采用直读光谱仪，对主轴材料进行检查，结果均符合表2中的成分要求。 2.2.2 硬度检测
采用HT300型硬度仪，对主轴轴颈进行硬度检测，结果见表3。从表中可以看出，轴颈硬度分布比较均匀，均符合图纸热处理的要求。 2.3 主轴相关零件的失效检测
1)与主轴(轴颈)过盈配合的轴承明显失效。轴承内圈与主轴配合面有磨痕，且轴向完全断裂,见图3。
2)主轴轴颈旁侧的距离套通过花键与主轴连接，随主轴一同旋转，且距离套与轴承内圈采用间隙设计，没有发现磨损痕迹。
3)连续采煤机截割齿轮箱左右结构对称，内部零件亦对称布置。经检测，另一侧与圆锥滚子轴承配合轴颈没有失效,见图4。 2.4 原因分析[1]
从主轴的宏观检测和微观分析可知，轴颈严重磨损不是主轴的材质选择问题，也不是轴颈处调制硬度过小问题，轴颈尺寸亦符合图纸设计要求；主轴轴颈与轴承内圈存在轻度烧伤，轴承与主轴轴颈磨损产生大量热量，热量无法及时散出，导致主轴轴颈烧伤。因此，磨损是导致主轴失效的主要原因。详细分析参考文献[1]。
主轴轴颈的修复工艺路线安排如下：
失效主轴→净化处理→焊前预热→焊补→退火→检验→车削→磨削→抛光→电镀→检测出厂。
1)焊前预热。为防止焊接时焊接裂纹的产生，在进行焊接前必须对电动机传动轴进行焊前预热。预热温度可以通过下式计算[2]： 式中,Cep为钢材实际碳当量。 ωMo+ωV+ωNi+ωCu
计算得，tp=111.5 ℃，即主轴轴颈焊接最低理论预热温度为111.5 ℃，考虑到环境温度的影响，实际预热温度可适当调高。
2)焊补工艺[3-4]。手工电弧焊是目前应用比较普遍的焊接方法，工艺灵活、适应性强、操作方便，尤其适用于零件的局部焊接，因此对连采机截割齿轮箱主轴轴颈的焊接采用普通手工电弧焊。
首先使用接近母材的D202B铁基堆焊焊条进行打底焊，然后使用D918高铬铸铁堆焊焊条焊接，最后补焊高度比原始高度高0.10～0.15 mm，堆焊不得有气孔、夹渣等焊接缺陷。查阅手册，选用D918焊条焊接时的工艺参数如表4。 焊接过程中，采取合理的焊接顺序减小轴的焊接变形，用合适的工具(小锤)敲打焊接区域，减小焊接内应力，防止焊接时焊接焊接裂纹的产生。
3)车削。为了保证完好侧主轴轴颈的精度，在车削时应以主轴焊补侧原有中心孔和完好侧的某个端面及中心孔为基准。夹好工件后用千分表测量电动机转子两头及中间处，记录下每处的偏差和高低点，然后对高点对应的焊补处的中心孔进行刮削，每次刮削量控制在0.05 mm以内。然后重新打表,直到旋转一周的误差在允许范围之内(一般保证在0.02 mm以内)，然后按照图纸尺寸进行加工(加工要保证后续的加工余量)。
4)抛光。为保证焊补加工后轴颈的表面粗糙度符合图纸设计要求，对其进行抛光处
理，抛光后保证尺寸在公差范围之内。
5)电镀。对车削完成后的主轴焊补部位进行磨削、抛光，然后再按照要求对轴颈处进行电镀硬铬处理，镀层厚度为0.05～0.07 mm。
6)检测。使用HT300型硬度仪对主轴轴颈的表面硬度进行检测，可知再制造后的主轴硬度≥240 HB，符合再制造工艺要求。
结合工程实际，利用各种检测手段找到了连续采煤机截割齿轮箱主轴轴颈磨损的原因。选用合适的修复方法对主轴进行了修复和再制造，工艺路线简单、便于操控，符合设备大修经济合理性要求。该设备大修后已使用1.5 a，该主轴工作稳定，没有发生失效现象。
【相关文献】
[1] 张东宝.连续采煤机截割齿轮箱滚动轴承失效分析[J].煤炭技术，2014,33(9):240-243. [2] 成大先.机械设计手册:液压控制[M].北京:化学工业出版社,2002.
[3] 刘群奇，李平.40Gr电动机传动轴轴颈的焊补及焊后加工工艺[J].煤矿机械，2010,31(7):97-99. [4] 匡少宝.数控机床主轴修复[J].电焊机，2011,41(3):85-86.
