捣固机减速器的断轴分析及改进

捣固机减速器的断轴分析及改进
杨敏超，刘振庆，浦一栋
（江阴齿轮箱制造有限公司，江苏 江阴 214437）
摘　要：国家经济不断发展，技术及工艺水平日益提高，在各生产制造领域中，国产设备（部件）替换进口设备（部件）的需求日益凸显。

捣固机减速器作为矿用机械的核心部件，在各矿业基地及电力公司被广泛应用。

早期设备基本依靠进口，近年来随着国产设计的进步及工艺的改善，已有逐步替代的趋势。

文章就捣固机减速器的断轴进行了分析。

关键词：捣固机；减速器；改进中图分类号：TQ520.5 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2019）16-0145-02
——————————————作者简介： 杨敏超（1980—），男，江苏江阴人，本科，研究方向：
齿轮箱设计。

捣固机减速器是与矿用捣固机配套的高精密度硬齿面同轴传动装置，是矿场及发电厂捣碎固体燃煤的主要传动部件。

整机具有体积小、承载能力高、传动平稳、噪音低、效率高等特点。

整机工作环境温度较高，外环境粉尘污染严重，受循环及非规则冲击载荷。

早期基本采用进口设备，因其工作特性容易造成断轴断齿等故障，故经常需要更换整机及零配件，运用国产设备替换[1]。

1 捣固机减速器断齿轴的原理
捣固机减速器一般用于煤场电厂等生产运输使用煤炭的场所，其原理是电动机通过捣固机减速器减速加大输出扭矩以后，将加大的扭矩通过联轴器传递给带有凸轮装置的捣固机工作机，循环往复运转凸轮将大小各异的块状煤捣碎，以1）原设备配置的是LX9弹性柱销联轴器，如图1所示，在长期使用过程中，部分柱销已然损坏，现场操作人员为赶生产进度，并未及时更换，而是用铁丝捆绑加固后继续使用。

此举导致原弹性柱销联轴器的部分减震减冲击的能力丧失。

冲击载荷直接由工作机传递至减速器，导致减速器最薄弱部分（高速轴齿部）断裂[2]。

图1 捣固机现场环境及工况
图2 原机145中心距国标参数
图3 原机145中心距美标参数
图4 改进后185中心距国标参数
2）如图2所示，工作机的框架已将减速器的横向位移锁死，在保证电机稳定输出的情况下，减速器高度方向尚有发展余地。

按图
2、图3的强度计算显示，其安服务系数在2～3，确实是对应中等冲击载荷的安全系数。

考虑实际工况及材料工艺有差异，把冲击载荷提高到3.0以上是合适的。

2 捣固机减速器断齿轴的改进
1）重新选用合适的联轴器。

考虑工作现场的工况及联轴器作为标准件的通用性，重新选用具有抗冲击性及吸震性能的轮胎联轴器LLA6，在保证安全传递扭矩的同时，兼顾抗冲击。

2）加大中心距可以有效提高基础载荷。

现场横向已无空间，如图4所示，将原先品字型的同轴机型改善为一字型往复的平行轴系，提高齿轴断裂级的中心距，加（下转第156页）
Application of Mechanics-electronics Technology2019年8月下
类焊材膨胀系数接近于9Ni钢，低温韧性也较好，但强度较低，在一定程度上制约着其的广泛应用。

4）w（Ni）=60的镍基型（Ni-Cr-Mo系合金）：这类焊材线膨胀系数也接近于9Ni钢，无需焊接前预热和焊后进行热处理，低温韧性高，抗冷裂性能好，适合大型结构的野外施工，虽然价格高，但应用最为广泛。

3 9Ni钢焊接性分析
9Ni钢焊接质量是影响LNG储罐生产制造的主要因素之一。

9Ni钢其实本身具有较好的焊接性，在实际焊接过程中，通常会遇到冷或热裂纹、低温韧性降低和电弧磁偏吹等缺陷，需要严加控制。

3.1 焊前不预热且严格控制道间温度
9Ni钢焊接后冷却速度一般受到预热温度和道间温度的影响，冷却速度变慢会容易促使焊缝晶粒的长大，导致焊接接头的力学性能降低，尤其是低温韧性的下降。

9Ni钢焊接通常不预热，道间温度控制在100℃之下。

3.2 热裂纹
焊接过程中，焊缝金属结晶，低熔点的杂质会析出，而其析出的数量和分布情况将直接引起热裂纹的发生。

9Ni钢焊接通常选用高镍材料，此类材料与S和P的亲和力较强，容易在晶界上形成低熔点共晶化合物体Ni3S2-Ni和Ni3P-Ni，导致结晶热裂纹的产生。

热裂纹类型有折叠中的显微裂纹、高温失塑开裂、液化裂纹和弧坑裂纹。

9Ni钢的抗冷裂能力良好，若采用不恰当的焊接工艺，将会有一定的冷裂纹敏感性。

要是焊接材料有未去除水份，材料的熔合区可能会出现氢致的冷裂纹。

选用焊接材料时，需要考虑低氢、低碳含量，以及选择合适的焊接工艺参数，材料需进行必要的烘干处理，也要合理的控制道间温度和焊接热，这样都可以降低冷裂纹敏感性。

3.3 电弧磁偏吹
9Ni钢材料特性是磁化倾向较大的，需要控制9Ni钢母材磁的含量与影响，材料剩磁应控制在50Gauss以下。

焊接焊缝质量会受到磁偏吹的影响，这是一种电弧离子流造成的，造成焊缝常见缺陷有缝未焊透、未熔合、焊瘤、夹渣和气孔等缺陷。

预防电弧磁偏吹通常有四种途径：1）母材进行消磁处理；2）抵消母材的磁场，可将永久磁铁放在坡口两侧；3）选用交流焊接；4）试板坡口打磨采用碳弧气刨容易产生剩磁，坡口应尽量采用砂轮打磨。

3.4 低温韧性下降
采用的不同焊接材料焊缝金属的低温韧性不相同。

采用铁素体型焊接材料时，此材料的成分与9Ni钢相同，焊缝中氧的含量高，焊缝的低温韧性较差。

而采用镍基型焊接材料，其线膨胀系数与9Ni钢相近，低温韧性良好，应用较广泛。

3.5 焊接件变形
9Ni钢导热系数小，热量不容易散失，线膨胀系数大，在20～-196℃线膨胀系数为8.05×10-6/℃，具有较大的线膨胀变形力。

应尽量选用9Ni钢线膨胀系数相近的镍基焊接材料，同时采用较小的焊接热输入和较低的道间温度，减小焊接件的变形。

4 结束语
通过对9Ni钢化学成分、力学性能和热处理工艺的介绍，有利于9Ni钢在国内的迅速发展，为9Ni钢生产和制造单位提供一定的参考依据。

通过对9Ni钢焊接材料及焊接缺陷热裂纹、冷裂纹、电弧磁偏吹、焊接件变形的分析，给出了相应的预防措施，使焊接工作者尽可能在焊接过程中避免出现这种失误，确保9Ni钢储罐的正常施焊。

参考文献：
[1]陶醉,陈学密.9Ni钢焊接材料及焊接工艺要点[J].现代焊接,
2014(8):45-47.
Export Projects, North American & Beyond[J].Journal
Accounting Research,2017,18(2):407-419.
[3]王建军.LNG储运设施9Ni钢的焊接技术研究[J].
程,2011,41(5):22-25.
[4]林文虎,华学明,蔡艳,等.9Ni钢焊接工艺适应性研究[J].
接技术,2016(3):43-47.
[5]李亚军,杨飞.9Ni钢及其焊材的研究与应用[J].焊管,2015
(11):37-40.
[6]严春妍,李午申,薛振奎,等.LNG储罐用9%Ni钢及其焊接性[J].
焊接学报,2008,29(3):49-52.
[7]邹志文,朱绪祥,刘东升.热处理对9Ni钢组织和深冷韧性的影
响[J].金属热处理,2012,37(12):46-50.
[8]战国锋,刘继雄,刘文斌.低温压力容器用9Ni钢的研究现状与
展望[J].热加工工艺,2015(14):12-15.
（收稿日期：2019-8-11）
（上接第145页）大模数，提高螺旋角，增加齿与齿的有效面积，将冲击力分散到更大的接触面上[3]。

3）采用韧性更高的材料改善减速器的抗冲击性。

原机型按进口图纸要求，采用20CnMnTi,该材料热处理后综合性较好，是比较常用的齿轮齿轴材质，现改用20CrMnMo,在保留原先优异的性能外，更增强了零件的韧性，起到抗冲击载荷的作用，并且材料价格上差异并不大，在可接受的范围之内[4]。

3 结束语
经过近一年的生产运行，改进后的捣固机减速器运转平稳，改进实践取得了实效。

在不增加成本的情况下，通过设计改进，对外部联轴器、材料、结构进行的改造，提高了产品的品质，增强了产品的竞争力，改进取得了成功，获得了客户公司的好评。

在一些常规产品的设计中，对其局部的改进，可以使其达到更高的性能指标。

社会在不断进步，客户的要求也越来越高，通过改进，满足了客户的需求，使得客户与企业得到了双赢。

参考文献：
[1]齿轮手册编委会.齿轮手册[M].北京:机械工业出版社,2000.
[2]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,2008.
[3]机械零件设计手册[M].北京:冶金工业出版社,1994.
[4]黄旷.铁路大型捣固机车作业方法及技术参数分析[J].低碳世
界,2019(7):282-283.
（收稿日期：2019-8-11）。