锥形转子电动机是电动葫芦吊车升降和运行的动力机构。电动机制动端花键轴处多次发生断轴早期失效事故,严重影响电动葫芦安全使用,并造成生产损失及故障事故。
电动机服役中,电机轴花键与制动器花键间无相对滑动,且花键不进行提高强度、硬度和耐磨性的强化热处理,电机轴热处理主要作用是提高其疲劳强度,以提高产品工作寿命。
电动机轴材料为40Cr钢,预备热处理为调质处理(采用高频淬火炉进行),硬度为229-269HBW,最终热处理花键硬度为45-50HRC,淬火部位长≥52mm。
电动机轴花键处断轴断口为正断型扭转断口。观察断口形貌发现,断口上无贝壳纹弧线,无磨光标记,未发现裂纹源,断口断面粗糙,看不出裂纹扩展区和瞬时断裂区形貌特征。电动机轴花键处断口位置主要在高频感应加热淬火区出现,这说明除该处应力集中外,断裂的主要原因与材料韧性不足有关。电动葫芦使用中,承受频繁起动、制动,电动机轴花键处受到很大的扭转力矩冲击。因此,在强度足够的条件下,电动机轴必须具有高的韧性和抗疲劳性能,才能保证电动机安全和电葫芦吊车的安全运行。通过电动机轴调质和正火后疲劳强度、强度安全系数校核,表明电动机轴强度满足技术要求。锥形转子电动机花键轴断裂不是疲劳失效,而是由于韧性不足,在电动机冲击载荷下发生的扭断失效。
根据上述分析,确定取消淬火热处理工艺,保持电动机轴材料的韧性,从而避免和防止电动机轴扭断事故发生,提高产品的安全性。为进一步提高电动机轴韧性,可将电动机轴材料用45钢代替40Cr,热处理由调质改为正火,正火热处理采用高频淬火炉进行。改进工艺方案经3年多运行良好,没有发生电动机轴断轴事故,取得了良好的效果。