擠壓機(jī)減速箱低速軸定位螺栓斷裂原因分析與改造

張成瑞，葛柯柯，李軍，李科錄，盛海濤，謝佳

（新疆天利石化控股有限公司，新疆 獨(dú)山子 833699）

某異戊橡膠廠2臺(tái)進(jìn)口擠壓機(jī)減速機(jī)低速軸尾部定位螺栓（材料牌號(hào)35CrMO，性能等級(jí)8.8，螺栓型式3/4＂×10×2-1/2＂孔用螺栓）在運(yùn)行過(guò)程中曾頻繁（使用不到15天）發(fā)生斷裂，導(dǎo)致擠壓機(jī)竄軸，螺套及剪切板磨損，設(shè)備停機(jī)，險(xiǎn)些發(fā)生事故。以下對(duì)定位螺栓斷裂原因進(jìn)行分析，通過(guò)制定改進(jìn)措施，改造效果顯著。

1 設(shè)備結(jié)構(gòu)及工作工況

圖1 設(shè)備裝配示意圖

擠壓機(jī)用于脫除橡膠中的游離水，低速軸與擠壓機(jī)螺桿相連，低速軸依靠?jī)闪斜晨勘车膯瘟袌A錐滾子軸承安裝在減速箱上，運(yùn)行中低速軸承受拉應(yīng)力，該螺栓通過(guò)定位壓板將低速軸固定于推力軸承上，安裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 改進(jìn)方案及分析

2.1 第一次改進(jìn)

原設(shè)備采用性能等級(jí)為8.8的高強(qiáng)螺栓，在使用過(guò)程中6個(gè)螺栓全部斷裂，根據(jù)螺栓斷裂原因分析結(jié)果，認(rèn)為螺栓的強(qiáng)度不夠，于是重新購(gòu)買強(qiáng)度為10.9的高強(qiáng)螺栓。螺栓安裝后，運(yùn)行不到1周，停機(jī)檢查仍發(fā)現(xiàn)3個(gè)螺栓斷裂。

對(duì)斷裂螺栓從斷口形貌、材質(zhì)、強(qiáng)度等方面進(jìn)行分析試驗(yàn)：螺栓材質(zhì)確認(rèn)為35CrMO，經(jīng)試驗(yàn)強(qiáng)度大于10.9，并查閱同批次螺栓廠家合格證，符合螺栓標(biāo)準(zhǔn)要求，螺栓質(zhì)量沒(méi)有問(wèn)題。同時(shí)，從螺栓斷口上看，斷面無(wú)明顯縮頸、拉伸現(xiàn)象以及顏色變化，判斷強(qiáng)度不足不是螺栓斷裂的根本原因。斷口照片如圖2所示。

圖2 螺栓斷口照片

2.2 第二次改進(jìn)及分析

通過(guò)第一次改進(jìn)失敗及螺栓檢測(cè)，證明螺栓斷裂絕非螺栓質(zhì)量和選型問(wèn)題，需要從降低螺栓受力方面進(jìn)行分析和改進(jìn)。通過(guò)對(duì)定位壓板及螺栓的結(jié)構(gòu)和尺寸、螺栓斷面分析，螺栓斷裂原因?yàn)槎ㄎ粔喊鍖?duì)螺栓產(chǎn)生剪切力，導(dǎo)致螺栓被剪切沖擊斷裂。

因橡膠特性及工藝原因，擠壓機(jī)負(fù)荷不穩(wěn)定，導(dǎo)致定位壓板受到周期性軸向沖擊力，定位壓板與軸端面間的墊片被磨損擠壓變形、減薄，定位壓板和螺栓松動(dòng)；同時(shí)通過(guò)對(duì)比測(cè)量定位板與螺栓尺寸，發(fā)現(xiàn)定位板上螺栓孔直徑（22mm）比螺栓外徑（19.05mm）大3mm，因間隙比較大，松動(dòng)的壓板隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)中對(duì)螺栓產(chǎn)生了徑向剪切力，從而致使螺栓斷裂。因此，避免定位板松動(dòng)、消減定位板對(duì)螺栓的剪切力是防止螺栓斷裂的根本。

通過(guò)對(duì)比干燥機(jī)減速箱主軸的定位結(jié)構(gòu)，我們提出了在低速軸上加工大螺紋孔使用大螺栓（方案一如圖3所示）、大螺母（方案二如圖4所示）的結(jié)構(gòu)型式，考慮到會(huì)改變軸的結(jié)構(gòu)型式、受力及加工難度未曾實(shí)施。

圖3 大螺栓的固定方式（方案一）

圖4 大螺母的固定方式（方案二）

為不改變低速軸結(jié)構(gòu)，避免出現(xiàn)新的缺陷，在定位壓板上設(shè)計(jì)直徑φ36mm凸臺(tái)，同時(shí)在軸頭上加工凹孔，使定位壓板凸臺(tái)與凹孔配合安裝，克服定位壓板的徑向移動(dòng)；同時(shí)減小壓板上的螺栓孔直徑至φ20.8mm，定做定位螺栓為非全螺紋型式，與壓板配合的螺栓光桿部位直徑為φ20mm，減小螺栓與壓板上螺栓孔之間的間隙至0.8mm，克服了壓板的圓周運(yùn)動(dòng)，從而解決了定位壓板因徑向或周向運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)定位螺栓產(chǎn)生的剪切力（方案三見(jiàn)圖5）。

圖5 改進(jìn)后的定位壓板及螺栓裝配圖 （方案三）

為解決定位壓板及螺栓的松動(dòng)問(wèn)題，查詢?cè)O(shè)備隨機(jī)資料及單列圓錐滾子軸承的游隙調(diào)整規(guī)范，通過(guò)游隙調(diào)整墊片厚度的選用，將低速軸的軸向間隙調(diào)整至0.025～0.1mm，既保證了軸承游隙，又確保了定位壓板與軸頭的緊固合一，解決了定位壓板的松動(dòng)問(wèn)題。

同時(shí)對(duì)螺栓頭進(jìn)行了改進(jìn)，在單頭螺栓六角頭上鉆φ2.2mm的孔，當(dāng)6個(gè)固定螺栓緊固后用φ1mm鐵絲將6個(gè)螺栓連為一體，加上彈簧墊片的作用進(jìn)一步解決了螺栓的松動(dòng)問(wèn)題。

2.3 效果驗(yàn)證

更換完新的定位壓板、定位螺栓、調(diào)整間隙墊片，重新安裝低速軸軸承，將螺栓緊固后穿鐵絲防松，運(yùn)行一周后檢查螺栓無(wú)松動(dòng)，通過(guò)滲透探傷未發(fā)現(xiàn)缺陷，繼續(xù)使用；運(yùn)行15天后停機(jī)檢查無(wú)異常；后每運(yùn)行30天后定期停機(jī)檢查定位螺栓和定位壓板無(wú)異常，每運(yùn)行90天后更換調(diào)整墊片和螺栓。目前已將更換周期延長(zhǎng)至5個(gè)月。近1年的運(yùn)行中該螺栓未再發(fā)生過(guò)斷裂問(wèn)題，徹底解決了擠壓機(jī)運(yùn)行的瓶頸問(wèn)題，為橡膠裝置的整體連續(xù)運(yùn)行提供了保證。

3 結(jié)語(yǔ)

因設(shè)備實(shí)際工況與設(shè)計(jì)工況存在偏差，尤其是進(jìn)口設(shè)備，技術(shù)精準(zhǔn)，設(shè)備操作彈性較小，一旦出現(xiàn)偏差大的情況，將導(dǎo)致設(shè)備故障頻發(fā)，甚至無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此在設(shè)備購(gòu)置技術(shù)協(xié)議簽訂過(guò)程中，向廠家提設(shè)備參數(shù)和運(yùn)行工況時(shí)，一定要準(zhǔn)確全面。有條件的單位，最好實(shí)地考察廠家現(xiàn)役設(shè)備，摸清運(yùn)行情況后，再做購(gòu)買決定。在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，針對(duì)出現(xiàn)的故障，從功能、結(jié)構(gòu)上進(jìn)行分析，參照相關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，能有效降低改造風(fēng)險(xiǎn)、縮短改造時(shí)間。

[1] 縣鵬宇,劉鋒.配對(duì)圓錐滾子軸承軸向游隙的設(shè)計(jì)與測(cè)量[J].ISSN1000-3762 軸承，2010,（9）.