摘要：球磨機(jī)出料中空軸與出料螺旋筒法蘭聯(lián)接螺栓頻繁斷裂。在處理這一故障時(shí)，為避免磨機(jī)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，可以通過(guò)合理控制出料中空軸與螺旋筒裝配區(qū)域的裝配間隙的方法來(lái)快速解決。
?0 引言
我公司生產(chǎn)線Φ3.2 m×13 m水泥磨機(jī)于2006年8月開(kāi)始安裝，調(diào)試合格后于2007年8月正式投入使用。正常運(yùn)行至2012年1月，磨機(jī)中空軸與出料螺旋筒法蘭聯(lián)接處的16根M30×120螺栓開(kāi)始頻繁斷裂，在頻繁更換磨機(jī)螺栓的過(guò)程中影響了磨機(jī)的正常生產(chǎn)。為解決這一問(wèn)題，公司組織專業(yè)技術(shù)人員對(duì)螺栓頻繁斷裂的原因進(jìn)行了分析和總結(jié)，查找出了具體原因并予以處理，效果良好。
1 斷裂原因分析
現(xiàn)場(chǎng)觀察，螺栓的斷裂面大部分集中在六角頭根部，斷裂面較平直，表明六角頭根部所受應(yīng)力較為集中。應(yīng)力是如何聚集在螺栓尾部的，成為解決螺栓斷裂問(wèn)題的關(guān)鍵所在。
分析磨機(jī)出料裝置圖紙時(shí)發(fā)現(xiàn)，磨機(jī)出料中空軸與出料螺旋筒有一個(gè)緊密配合的區(qū)域(如圖1所示)，在裝配區(qū)內(nèi)，考慮熱膨脹(工作溫度100 ℃左右)，中空軸與螺旋筒留有一定的膨脹間隙，當(dāng)熱量傳遞到螺旋筒時(shí)，螺旋筒與中空軸裝配部位的熱膨脹，使得兩者能夠恰好緊密配合。由于磨機(jī)已經(jīng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)了5年，磨機(jī)出料中空軸與出料螺旋筒裝配位置的間隙由于磨損而過(guò)大，再加上出料螺旋筒法蘭連接的出料回轉(zhuǎn)篩在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中是處于一種懸空狀態(tài)(如圖2所示)，螺栓在中空軸端所受的作用力F1主要來(lái)自中空軸連同螺旋筒及物料的重力的反作用力，在出料回轉(zhuǎn)篩端所受的作用力F2主要來(lái)自回轉(zhuǎn)篩及物料自重的反作用力?，F(xiàn)實(shí)情況是中空軸連同螺旋筒及物料的重力要大于回轉(zhuǎn)篩及物料自身的重力，即F1>F2。這種情況下，螺栓與中空軸的接觸面B成為了螺栓所受外力合力(F1-F2)的作用面。螺栓在外力合力的作用下，作用面B上承受著大量的非均衡載荷，從而造成應(yīng)力在此接觸面的應(yīng)力集中，當(dāng)磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，中空軸會(huì)出現(xiàn)徑向跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)較大的情況，伴隨有不規(guī)律的擺動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，就會(huì)導(dǎo)致連接螺栓承受較大的拉應(yīng)力和剪切力，從而出現(xiàn)頻繁斷裂的現(xiàn)象。
2 解決方案
2.1 方案一：更換出料螺旋筒
通過(guò)加工新的螺旋筒，嚴(yán)格控制好螺旋筒與中空軸裝配部位的尺寸誤差，保證兩者的裝配精度，使螺旋筒與中空軸裝配緊密，消除連接法蘭處的非均衡載荷。
2.2 方案二：緊固出料螺旋筒與中空軸的配合
從外部設(shè)置點(diǎn)，對(duì)中空軸的懸空部分進(jìn)行固定。在螺旋筒3個(gè)均分點(diǎn)上焊接上螺栓，使之與螺旋筒成為一個(gè)整體，利用螺栓與中空軸接觸配合來(lái)代替螺旋筒與中空軸的接觸配合。利用這3根螺栓作為與中空軸接觸的支撐點(diǎn)，當(dāng)3條螺栓被擰緊并與中空軸緊密配合時(shí)，螺旋筒也自然地與中空軸緊密配合，從而避免出料螺旋筒在出料中空軸中出現(xiàn)懸空現(xiàn)象(如圖3所示)。
2.3 方案三：改進(jìn)中空軸與螺旋筒的裝配結(jié)構(gòu)
由于公司的幾臺(tái)磨機(jī)不同程度都存在出料中空軸與出料螺旋筒法蘭聯(lián)接螺栓斷裂的相同問(wèn)題，要想徹底解決這個(gè)問(wèn)題，可以對(duì)中空軸和螺旋筒的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。在中空軸與螺旋筒的出料端再增加一處中空軸和螺旋筒的裝配部位(如圖4所示)，加大螺旋筒與中空軸裝配接觸面積，降低由于中空軸與螺旋筒裝配間隙大而引起的螺旋筒懸空的機(jī)率，避免螺旋筒在中空軸連接法蘭處產(chǎn)生集中的非均衡載荷。
3 方案分析
方案一存在兩個(gè)問(wèn)題，一是由于中空軸與螺旋筒的裝配部位都出現(xiàn)了不同程度的磨損，兩者的裝配尺寸測(cè)量難度較大，不能確定精確的螺旋筒加工尺寸，加工難度較大;二是出料螺旋筒加工周期較長(zhǎng)(有毛坯的情況下，廠家最快5~7天)。
方案二易操作，磨機(jī)檢修停機(jī)時(shí)間短，2個(gè)小時(shí)左右就可以處理完畢，但由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可能會(huì)出現(xiàn)緊固不牢靠的現(xiàn)象。
方案三的特點(diǎn)是：中空軸與出料螺旋筒在裝配上控制起來(lái)難度較大，但改造中空軸和螺旋筒的結(jié)構(gòu)后，中空軸與出料螺旋筒法蘭聯(lián)接螺栓在聯(lián)接中整體承受著均勻載荷，不存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，可以從根本上消除連接螺栓頻繁斷裂的病根。
4 方案實(shí)施
我廠通過(guò)認(rèn)真地研究，采用了第二套方案。具體實(shí)施過(guò)程如下：沿著物料出料方向，在磨機(jī)出料中空軸與出料螺旋筒裝配位置的右側(cè)60 mm位置，以此位置點(diǎn)A為中心，在出料螺旋筒筒壁上沿周向分120°依次開(kāi)3個(gè)Φ50的圓口，將M48螺母的中心與上述A點(diǎn)中心對(duì)齊，并將3個(gè)螺母依次焊接到出料螺旋筒壁上，取3條M48×240螺栓，螺紋長(zhǎng)度100 mm，將3條螺栓依次與3個(gè)螺母配合，逐步擰緊螺栓(如圖5所示)。實(shí)施此方案后，效果良好，磨機(jī)至今已正常運(yùn)轉(zhuǎn)6個(gè)多月，除在日常有停機(jī)機(jī)會(huì)檢查3處頂緊螺栓的緊固情況并及時(shí)進(jìn)行緊固或更換外，從未再發(fā)生過(guò)螺栓斷裂事故。
5 結(jié)束語(yǔ)
簡(jiǎn)單的處理方案，起到了良好的實(shí)際應(yīng)用效果，使得我公司磨機(jī)此類(lèi)故障可以在短時(shí)間內(nèi)得到很好的控制和解決，保障了磨機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)大大降低了停機(jī)時(shí)間和材備費(fèi)用。當(dāng)然，要想根治此類(lèi)設(shè)備隱患，還需從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行一定的改進(jìn)，合理地對(duì)中空軸和螺旋筒的裝配結(jié)構(gòu)給予改造，徹底消除這類(lèi)設(shè)備隱患。