1、问题的提出
三峡下岸溪砂石项目部从瑞典斯维达拉公司购进50- 65 MK - II型旋回
破碎机2台，并于1999年8月投入运行。该机种破碎比大、产量高，并且故障率低、易于维护，是人工砂石加工的主力设备。但运行至2001年11月14日时，其中的1台在破碎过程中发生主轴断裂，理论运行时间只有两年零三个月。该机种的实际生产状况是2台设备一用一备，从来就没有2台一起运行过，所以该台破碎机主轴断裂前的理论运行时间应该只有一年多一点。
虽然，根据合同，厂方的主轴承诺质量保证期是18个月，项目部也以合同为依据同厂方代表纠缠了2个多月，但终因证据不能让厂家信服没能得到厂方的赔偿。而此时又正值i峡大坝混凝土浇筑的高峰时期，人工骨料加工系统生产一刻也不能停。该台破碎机主轴断裂后，另1台也保不准何时会出现问题，万一另1台也在短时间内出现同样的情况，那后果简直就不敢设想，所以必须尽快组织该破碎机主轴的订货事宜。通过询问得知，该主轴进口价格竟然高达230万元，并且交货期也很长（最快要6个月），加上担心再进口主轴还可能出现同样的主轴断裂问题，项目部否定了该主轴的进口计划，决定马上自己组织技术力量对断裂主轴进行研究，充分分析主轴断裂发生的原因，找出主轴断裂发生的病症，探索其国产化的可能性。
2、主轴断裂原因分析
这样I根重达30来t的进口主轴竟然会发生断裂，有点不可思议。而现在否定进口计划，决定国产，对笔者来说更是一个极大的挑战。但现实已经没有退路，只有迎难而上。首先必须对主轴断裂的原因进行分析，才能对后面的国产化探索和使用提供帮助。
在随后的拆检中我们发现，该主轴断裂部位是发生在轴上部轴径∮489至轴径∮630的圆弧过渡区，正是主轴在破碎过程中受弯曲力矩最大的区域。通过对断裂口取样并进行扫描电镜观察分析，确定断裂面是因主轴达到其疲劳极限而产生的疲劳断裂，而非因外力作用过力而产生的脆性断裂。
经充分论证后，得出：该机型因是由42 -50型旋回破碎机改型而成，除主轴加长、进料口径增大外，其余部位并未作相应的改动。故由于进料口径的增大，该机的破碎比也较42 -50型的大，主轴所承受的破碎力矩也比42 -50型的大，按理主轴上部轴径的直径也应相应加大，而事实上改型后的主轴直径却没有加大。同时，由于主轴的长度相比42 -50型的也加长了1.2m，也使得主轴圆弧过渡区所承受的弯曲力矩相应增大。这样．与42 -50型旋同破碎机相比，50 - 65型破碎机主轴圆弧过渡区在破碎过程中所承受的弯曲力矩要大得多，这便加速了轴径的疲劳损坏，增加了主轴断裂发生的可能性。而主轴圆弧过渡区本来就是主轴应力最为集中的区域，如若主轴因达到其弯曲疲劳极限而产生断裂，断裂部位就应该发生在该区域，事实上主轴断裂部位正是发生在此区域。因此，达到弯曲疲劳极限就是主轴发生断裂的主要原因。
主轴上部轴径结构见图1：
3、国产化探索
3.1结构改进分析
确定主轴发生断裂的主要原因之后，接下来要做的就是寻找防止主轴断裂的方法：要防止主轴断裂，就是要延长主轴疲劳极限到来的时间，也即增大主轴的抗弯强度、降低主轴过渡圆弧区的应力集中系数。
要增大主轴抗弯强度，在主轴长度无法改变的情况下，就必须加大主轴上部轴径尺寸和过渡圆弧圆角尺寸。但加大主轴上部轴径尺寸会带来一连串其他相关零件的尺寸改动问题，实际上行不通，所以只能是加大过渡圆弧圆角尺寸。而降低主轴应力集中系数也是在应力最为集中的过渡圆弧区，所以对该轴的结构改动就全部集中在此过渡圆弧区。
通过我们的精确计算，确定可以将主轴过渡圆弧圆角尺寸由原来的R160mm加大到R285rnm，而不影响其它零件的装配。因此，主轴过渡圆弧圆角尺寸可确定为R285mm。
另外，加大过渡圆弧圆角尺寸理论上是可以改善主轴过渡圆弧区的应力集中系数，但经过我们的详细计算发现：由于原过渡圆弧圆角尺寸r与主轴小端轴径d的比值r/d= 160/489=0.32>0.25，通过查阅《机械设计手册》得知，当r/d的值大干0.25以后，单纯的加大过渡圆弧圆角尺寸已不能降低该区的疲劳缺口应力系数，也即加大过渡圆弧圆角尺寸对降低该区的应力集中状况已经没有作用。那么只能通过提高主轴过渡圆�、那慷群捅砻婢壤唇档透们挠α邢凳�。
提高过渡圆弧区的强度也即提高整轴的强度，提高主轴的整体机械性能，这可以通过选择合适的材质和合适的热处理工艺来实现，所以要对现轴的材质和强度做一个检测分析。同时，提高过渡圆弧区的表面精度也需对现轴的表面粗糙度作出实际检测。
3.2主轴材质分析
1)通过取样并化学分析，该主轴化学成分如表1所示：
通过查阅《机械设计手册》，并与我国国内合金结构钢牌号相对照，其化学成分近似于合金结构钢40CrMnMo。
2)通过取样并进行机械性能试验，该主轴的实际机械性能如表2所示：
3)通过查阅《机械设计手册》，并咨询国内有关厂家，我国现用于破碎机及提升机主轴的材料主要有4种，它们是：20CrNiMo、40CrNiMoA、40CrMnMo、42CrMo。它们的机械性能参数对照如表3所示：
20CrNiMo锻造、热处理性能较好，在采用渗碳、淬火工艺时，可具有韧性好、强度高、与轴承的结合部耐磨损的特点。小型旋回破碎机使用较好，在大型旋同破碎机上应用非常少，特别是这种主轴上端带衬套的结构形式完全没必要采用渗碳、淬火工艺制造；第一手资料至关重要。此次主轴发生断裂后，及时地采取了保护措施，特别是对断口实施了�；ぃ馕竺娑远厦娼薪鹣喾治霰４媪俗钫媸档淖纯�，保证了金相分析的准确。
其次，要尽量多的获取原始资料，以利作出正确的分析判断和正确的设计思路。对于该轴，做了大量可以做的试验，以期获取较多的原始资料。包括化学成分、机械性能、金相组织、表面粗糙度、硬度检测等等。甚至连设备出厂情况都做了了解和分析。
第三，要胆大心细，冲破束缚，敢于挑战。该轴断裂以前，一直认为我国在原材料和热处理工艺上与国外相比存在较大差距的，许多零件是不可能由国内生产的，此次主轴断裂后，也是无奈之下选择了国产化探索。正是这次无奈，使得我们打破了原来的认识，敢于分析国外的工件，敢于相信国内的材料及加工手段。通过努力，该轴的国产化实践是成功的。
在这次50 - 65M - II旋同破碎机主轴的国产化实践的探索中，得到了中信集团洛阳矿山机械研究院和中信集团洛阳矿山机械厂的大力支持，这里一并致谢。
