脉冲冷焊在马道头煤矿提升机主轴轴颈磨损修复中的应用

刘智超

（大同煤矿集团马道头煤业有限公司，山西 大同 037003）

矿井提升机对矿井生产十分重要，，井工开采的各类矿井，人员与物料都是通过矿井主、副井的矿井提升机进行运输，矿井提升机的性能对矿井的安全生产至关重要。如何完善设备维修方法，降低设备故障的维修时间和修复费用，提高设备可靠性，是重要研究方向。

1 提升机主轴轴颈磨损原因分析

马道头煤矿使用的主井提升机为洛阳矿山设备厂生产的2JK-3/20型矿用提升机。在使用中提升机转动装置轴承挡圈部分螺栓发生剪切破坏，通过测量，轴颈与轴承间存在0.7mm的间隙。根据现场勘查，出现问题的主井提升系统基础周围出现不同尺寸细小裂缝，大部分分布在基础后方地板和正前方墙面处，同时根据四角测量法对主井下方基础部分进行测量，发现基础水平发生变化。

结合故障类型，判断轴承挡圈部分螺栓剪断应是基础水平变形所引发的轴向推力导致的。该提升机由其他矿井调用而来，轴承没有及时更换，长时间使用并伴随井下潮湿环境，主轴轴头部分发生侵蚀，形成较为明显的麻点。

2 常见修复工艺及优缺点

常见的修复轴头方法主要有以下几种：

（1）更换主轴。最为直接的方法是更换出现故障的提升机主轴，该方案可靠性较高，但是施工时间长，施工难度也较大，整个更换主轴费用过高。

（2）电刷镀工艺。利用机械加工时电刷镀技术，对磨损的传动轴轴颈进行表面处理，将传动轴尺寸恢复至设计尺寸。改方法较为成熟，并在常温下进行操作，同时可根据需要加工构件类型，调整镀层硬度和耐磨性。但是该方法在处理前应对构件表面进行处理，通常只适用于磨损厚度不超过0.2mm的情况。

（3）轴承位补焊修复法。该方法是通过电焊的方法填补被磨损转轴的磨损凹陷区域，再次通过车床车削找圆恢复转轴表面，该方法适用于磨损厚度约为1～2mm的情况。对磨损区域应先进行表面处理，再通过堆焊的方式填充磨损的转轴轴颈，通常选取低氢型E5016或E5017焊条进行焊接。焊接过程中应避免使用大面积堆焊引发热变形，应采用4分法对称操作。为确保焊接质量，焊接时应沿上一道焊缝边界并融化上一道焊缝大约1/2mm的距离。焊接同时应注意避免强制冷却，导致补焊区域硬度增加，影响车床车削作业。

（4）轴颈红装镶套修复法。该方法需要在传动轴表面安装一层与转轴同等材料的镶套，这样主轴直径增加比较明显，所以一般在传动轴磨损特别严重的情况下使用，通常磨损厚度＞2mm时，并且需要对磨损区域车床削薄，这要求该方法不能应用于直径＜40mm的转轴。

（5）定制轴承。对磨损主轴轴颈打磨或者通过车床切成磨损层，因此使用标准轴承会与轴径降低的主轴间隙扩大，为保证运转平稳及设计配合公差要求，需要根据改变后主轴轴径定制非标准轴承。这种方法缺点在于传动轴轴径降低，降低主轴刚性，同时定制轴承费用也较高，但是现场施工简单，影响矿井生产的时间较短。

（6）脉冲冷焊法。在磨损轴颈表面包裹一层薄钢板，并通过脉冲冷焊法对薄钢板进点焊形成附着层，将传动轴轴颈恢复成原设计尺寸，不过应注意轴承热装阶段可能发生附着钢板有翘曲，运转会磨损轴承表面。优点是操作简单，费用较低，不降低传动轴轴颈，但是耐久性较差。

（7）热喷涂法。原多应用于加工金属构件时表面处理，如喷丸法。将加热金属喷涂材料形成熔融状微粒，然后通过动能以冲击形式到达基体表面并沉附表面，形成较为稳定的金属涂层。为了达到尺寸要求公差范围，对传动轴进行热喷涂时，应固定至专用传动设备匀速转动后方能进行喷涂操作，由于喷涂后表面加厚，需要在加工冷却后对传动轴进行车削找圆操作，最终达到设计要求。该方法应用较为成熟的金属材料表面加工方法，需要特殊加工设备并相对费时。

（8）其他方案。其他不常使用的旋转设备主轴的修复方法为激光熔覆法、电火花沉积堆焊法、振动电弧焊接等方法，也都有各自优点和适用范围。

3 处理工艺的选择

在实际对转轴轴头修复过程中，方案的选取应本着可行性、可靠性、低费用、短周期的原则进行，同时考虑实际损伤情况对轴头部分进行修复。由于需要进行修复的轴头磨损厚度约为0.7mm，为了加快修复速度，并减少投入，选取脉冲冷焊法进行修复处理，减少大型托运设备和加工设备的使用，不用修复后进行车床加工。该方法比较于补焊、热喷涂、电镀等方法，不会产生太大热量，适宜处理的损伤厚度范围在微米和毫米范围内都能进行。

4 现场施工与修复效果

4.1 施工过程

（1）准备阶段。施工前应再次确认损伤程度，是否存在其他表面无法探查的暗伤，适宜通过无损伤检测方法进行。准备阶段的主要工作为利用滚筒托架工装架起需要修复转轴，滚筒的托起利用千斤顶和托架完成，托架高度在600mm左右，千斤顶通常为4个50t的液压千斤顶。为了修复需要，滚筒钢丝绳需要去除，同时打开轴承座两侧盖子，并且与联轴器内的齿轮分离，调节制动器处于最大间隙处，之后退出轴承，利用4个千斤顶托起托架。

（2）施工阶段。修复开始前，再次通过千分尺对损伤磨损情况进行测量。转轴损伤区域应当修磨成圆，由于不同区域如磨损厚度尺寸方面的磨损情况各不相同，对应不同区域处理上选择对应厚度尺寸的薄钢板进行，连接区域使用不同层数的薄钢板进行，这样到达最外层应尽量选择为整个钢板，避免最后钢板由于尺寸差异导致起皮、翘曲等情况发生。整体修复完成后，进行冷焊修复后的转轴应恢复成提升机原设计尺寸，同时将转轴和轴承从新装配回提升机时，也应满足原设计标准，安装完成的提升机应进行水平、中心度等测量。

（3）复验。修复完成后，修复的转轴重新安装到提升机后，应定期检查转轴装置中转轴轴颈与轴承间间隙，重点查验修复后轴颈的附着钢板是否有起皮，运转时是否有刷圈现象。

4.2 修复效果

修复之后，通过半年的跟踪监测发现，提升机运行状态良好，没有再出现轴承磨损破坏现象，提高了提升机运行可靠性。

5 结语

本文针对马道头煤矿主井提升机设备磨损故障，分析了磨损造成的原因，同时讨论多种不同针对转轴修复的方法，最终根据磨损特点选取脉冲冷焊法用于提升机装置故障修复，修复后提升机运行良好。