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電動滾筒常見故障分析與傳動裝置外置式滾筒的設計

          電動滾筒故障率較高，檢查、檢修困難是影響皮帶機正常運行和系統(tǒng)正常生產(chǎn)的一個重要因素。本文僅就電動滾筒發(fā)生故障的原因，參照國內(nèi)多種機型結(jié)構(gòu)，提出新的改進設計思路。   
         
1   滾筒故障原因分析     
       筆者所在的竹林山煤炭有限責任公司生產(chǎn)系統(tǒng)、洗選系統(tǒng)和銷售裝車系統(tǒng)共使用電動滾筒驅(qū)動的皮帶機32 臺，帶寬B=650mm，功率為5.5～22kW，長度多為15～120m，其中最長兩臺為500m。在運行過程中，只要其中一臺發(fā)生故障，輕則影響系統(tǒng)運行，重則影響全礦正常生產(chǎn)。導致皮帶機停運的故障一般有以下幾個方面：
 1.1 滾筒電機燒毀
（1）電源線外力拉斷和軸頭接線盒破裂斷線造成的 缺相。電機引線和外接電源電纜，通過滾筒空心軸端的通用接線盒連接，電纜因受外力拉扯導致一相脫落時，就造成電機缺相運行，其余兩相帶電的繞組電流瞬時增大，在沒有可靠的斷相、過流保護功能的情況下，電機將迅速過熱燒毀。
（2）缺油引起的過熱。電動滾筒內(nèi)部按規(guī)定要注入內(nèi)腔容積1/3 的機械油，來實現(xiàn)內(nèi)部傳動機構(gòu)和電機的潤滑與冷卻。在使用過程中，由于管理、檢查、維護、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、注油孔螺塞松動等原因引起的漏油。當油位過低或無油時，發(fā)現(xiàn)和補充油料不及時，都會造成內(nèi)部相對運動零件摩擦加劇，溫升急劇上升。電機及機械部分工況惡劣，電機定子繞組絕緣快速下降，最后造成電機燒毀，機械零件干摩擦損壞。    
（3）過載。這種情況較為少見，但由于操作人員疏忽大意，前方設備停運時未及時停止皮帶機，使機頭物料堆積，物料與皮帶、滾筒間摩擦阻力增大，時間長了會造成過流和堵轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)載高度和角度不合理下皮帶回煤或物料堆積嚴重等也可能造成電機燒毀。  
（4）其它機械故障引起的過載燒毀電機。
1.2 內(nèi)部機械零部件損壞
（1）電機齒輪磨損、脫落。電機軸端裝有一個小齒輪，在滾筒的傳動系統(tǒng)中，它的轉(zhuǎn)速最高，所以磨損的概率也最大；如果電機軸端的卡簧斷裂脫落，小齒輪就會很快脫離電機軸，造成滾筒不轉(zhuǎn)。
（2）傳動齒輪損壞。多因材質(zhì)、熱處理硬度不夠或脆性過大、缺油而引起的過度磨損和掉齒等。
（3）軸承損壞。缺油、換油不及時導致油質(zhì)不良或者雜油混加使油品變質(zhì)失去潤滑性能等，含有雜質(zhì)引起軸承滾道異常磨損，而導致的軸承點蝕、相對機械運動表面金屬剝離，過熱燒死等故障。
（4）筒體內(nèi)部焊接機架開焊散落，使電機或傳動機構(gòu)失去有效支撐和固定，零部件嚴重沖擊損壞。
           不管哪種原因造成的電機燒毀和零部件損壞，都要更換整個電動滾筒，全部解體后修復更換損壞的零部件。電機裝配在筒體內(nèi)部，除電機繞組能用電工儀表測量外，其余的幾乎無法查、維護，燒毀后才更換下來，進行解體大修，重繞定子線圈修復。一般電動滾筒電機斷面較小，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，全部的機械轉(zhuǎn)動零件都在筒體內(nèi)部，修理、裝配空間小，難度較大，修理周期較長，投入費用高。
        針對電動滾筒的高故障率制約生產(chǎn)的瓶頸問題，除了在電器控制上裝設靈敏可靠的保護功能，同時加強檢查、維護、檢修、備用等方面的管理，我們研究改變傳統(tǒng)電動滾筒的結(jié)構(gòu)，使傳動裝置和電動機外置的方案，既改善了傳動裝置和電動機的工作條件，又極大地方便了檢查、維護、檢修、更換作業(yè)。其基本結(jié)構(gòu)原理見圖1。

        
 
2   外置傳動的結(jié)構(gòu)思考
      要從根本上改變電動滾筒機械零件檢修困難的難題，必須把機械傳動部分和電動機設計到筒體外面，同時還要保證滾筒的傳動效率、結(jié)構(gòu)的機械強度和安裝、檢查、維護、檢修的方便等諸多方面因素。
      （1）滾筒：采用傳統(tǒng)DT 型皮帶機滾筒的結(jié)構(gòu)，滾筒直徑一般不宜大于500mm，寬度不宜超過950mm （配800mm 皮帶）。其筒體輪轂與軸的裝配可采用平鏈連接方式，傳動端比非傳動端適當加長，以便于傳動部件的裝配與固定（見圖1）。軸與滾筒裝配固定后，對筒體外圓精加
工，外圓與軸同心度誤差不大于0.05mm，以保證整機傳動平穩(wěn)，摩擦阻力均勻。在輸送含水大的物料和上運傾角較大時要使用注膠滾筒。 
      （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)實際形狀下料焊接。但軸伸端軸承座要固定傳動部件，承載傳動機構(gòu)（減速器）、驅(qū)動機械（電動機）的向下的重力和驅(qū)動滾筒傳動的扭矩，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械強度和剛性，其結(jié)構(gòu)和形狀見圖2。

                  
（3）連接盤：它是安裝傳動部件的關(guān)鍵零件，所有傳動系統(tǒng)的質(zhì)量全部作用于連接盤4 以及它與軸承座連接的螺栓上（見圖2），所以連接盤的材質(zhì)、加工精度、裝配同心度直接關(guān)系到傳動系統(tǒng)的工作狀況和使用壽命，是整個電動滾筒上的關(guān)鍵零件。必須選用A3 或性能相近的材料。連接盤與軸承座的裝配，主要依靠定位臺階8 的精確配合，用螺絲5 緊固牢靠。
（4）連接罩筒：如圖1，這是一個過渡零件，它要承載整個傳動系統(tǒng)的重力作用與滾筒轉(zhuǎn)動的扭矩，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)的尼龍柱銷聯(lián)軸器20，柱銷21 的孔徑和數(shù)量要按所傳遞的扭矩大小來確定，同時還要考慮在過載時能可靠切斷柱銷2，起到一定的過載保護作用。
（6）減速器電機（如圖1）：如果使用一般擺線針輪減速器，電機26 與減速器25 占據(jù)橫向空間過大，在狹窄的空間布置困難，經(jīng)過查閱資料進行比對，選擇K77 型斜齒螺旋傘齒輪垂直傳動減速器較為適宜，此減速器體積小、重量輕，電機直接裝配在減速機殼體上，結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便。它的減速比范圍大，同規(guī)格型號各種速比都有，容易選出合理的減速比。和同功率的其它減速機相比，它的體積最小，質(zhì)量最輕。例如11kW 的減速機橫向尺寸最大只有210mm，質(zhì)量為49kg，能滿足較小空間的要求和減少對連接盤、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)尺寸設計，能很方便地進行對接裝配。
 
3   設計基本要求
（1）外置傳動電動滾筒的主要零部件的設計：要按所配套皮帶機的主要參數(shù)和設備工況進行計算，在計算時要適當考慮20%~30%左右的過載系數(shù)。
 （2）本結(jié)構(gòu)宜選擇22kW 以下的功率傳遞，帶寬不宜超過b=800mm，帶速不宜超過u=2m/min，皮帶機輸送傾角小于+8°。
（3）由于結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、固定等方面的因素，必須采用電機與減速機直接裝配傳動的結(jié)構(gòu)，以避免設備體積、質(zhì)量過大的問題。當傳動功率超過15kW 時，電機或減速器底部要增設附屬支撐，軸承座，連接盤和連接罩筒都要按對應的載荷進行加強設計制造。
（4）電器保護要齊全、性能可靠，在斷相、過載時迅速斷開電源。
（5）一般情況下，要先選擇功率小的皮帶機進行試驗，以5.5-11kW 較為適宜，試運行時間一般按空載1h，50%以下負載2h，逐步加載，并觀察檢查傳動機構(gòu)工作情況，一切正常后加至滿載運行不少于20h。以保證試驗結(jié)果的準確科學。試運行要達到以下結(jié)果：①各運轉(zhuǎn)部件運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無異常溫升，異常振動和異常泄漏；②主機額定輸送量時，電機電流不超過額定值；人為斷相、過載時電器保護能可靠動作切斷電源；③軸承座與機架，各傳動部件間的連接緊固無松動；④連接罩筒焊縫無開裂，法蘭無變形，兩端無明顯晃動；⑤聯(lián)軸器無雜音，柱銷無明顯磨損等。

4   使用效果
      在地面篩分系統(tǒng)中兩臺轉(zhuǎn)載皮帶機進行了生產(chǎn)性運行。
    （1）皮帶機主要參數(shù)：B=650mm、v=2m/s、Q=160t/h、L=26m、傾角β=3°-5°，電機功率p=5.5kW，4 級，I=11A；減速器為K67 型斜齒螺旋傘齒輪垂直傳動減速機，減速比為21.74，n1 =1450r/min、n2 =66r/min， 驅(qū)動滾筒直徑為500mm，運送物料為13～30mm 篩分后顆粒狀塊煤。
    （2）工作時間：每天3 班，每班有效運行時間約為6h，每月25 天，年有效生產(chǎn)時間10 個月，那么皮帶機年運行時間為：6×3×25×10=4500h。
    （3）使用條件：地面工業(yè)廣場，安裝在鋼架走廊內(nèi)，無直接淋水，四季自然溫度，夏季最高38℃，冬季最低-10℃，冬季更換防凍機油，夏季無降溫措施，機頭卸載處粉塵較多，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，運量最大140t 左右，電機電流最大為9.5A，無過載和操作失誤發(fā)生。
    （4）檢查維護管理：每班由作業(yè)人員日常檢查4 次，跟班修理工檢查1 次，每周由隊班安排專人全面檢查一次，發(fā)現(xiàn)問題及時維護、保養(yǎng)和檢修，每月由專人對電機、控制開關(guān)和保護功能試驗、電纜、減速器、滾筒等全部檢查、檢修一次，年終對電機、減速機檢查大修。
    （5）連續(xù)運行一年時間，無一處零件損壞，無一次電機故障，未出現(xiàn)一次影響系統(tǒng)正常生產(chǎn)。除按規(guī)定時間更換減速器機油和日常保養(yǎng)注油外，幾乎無其它維修費用發(fā)生。直接經(jīng)濟效益和不影響生產(chǎn)的間接經(jīng)濟效益非常明顯。
   （6）檢查、拆卸：拆除電機時，只需將與減速器固定的安裝法蘭處的四個螺栓松開，電機即可輕松拆除。拆除減速器時，只需將罩筒連接處的法蘭上四個螺栓拆開取下，減速器即可方便拆除，一般稍具機械知識的作業(yè)人員，最多10min 就能完成。減速器上有檢查孔，打開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，即使損壞也可拆開更換，電機屬于通用三相異步電動機，檢查、檢修按常規(guī)方法即可。由于工作環(huán)境較好，通風散熱容易，檢查、檢修方便，有效地提高了設備的保養(yǎng)、檢修效率，降低了檢修人員的勞動強度。從根本上杜絕電機燒毀和傳動零件因磨損損壞造成停產(chǎn)的事故。
    （7）造價：在有機械加工設備的單位，除減速器、電機、軸承外的零部件都有條件自己制造，購買減速器電機投入約為5000 元，相比較傳動電動滾筒的1 萬多元的價格，外置傳動式滾筒在成本上優(yōu)勢明顯。

5    結(jié)語
        經(jīng)過一年多來的運行，傳動外置式電動滾筒達到了設計要求，既降低了購買使用成本，又保證了系統(tǒng)生產(chǎn)的安全正常運行，杜絕了不正常機電設備事故的發(fā)生和非正常停運造成的損失，提高了系統(tǒng)的運行可靠性和經(jīng)濟效益。