混合機(jī)軸頭法蘭脫落主軸斷裂原因分析及處理探究

梁凱杰

摘? 要：文章以某工廠為例，對(duì)該工廠混合機(jī)軸頭法蘭脫落、主軸斷裂的原因進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明，設(shè)計(jì)不合理、選材不準(zhǔn)確是導(dǎo)致問題出現(xiàn)的主要原因。為此，提出了優(yōu)化混合機(jī)軸頭和主軸設(shè)計(jì)、重新選擇材料等建議，實(shí)踐結(jié)果表明，通過(guò)上述措施的應(yīng)用，使混合機(jī)的質(zhì)量問題得到了解決。

關(guān)鍵詞：軸頭法蘭;混合機(jī);主軸斷裂

中圖分類號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）06-0114-02

Abstract： This paper takes a factory as an example to analyze the causes of shaft head flange falling off and spindle breaking. The results show that unreasonable design and inaccurate material selection are the main causes of the problems. Therefore， the suggestions of optimizing the shaft head and spindle design and re-selecting materials are put forward. The practical results show that the quality problem of the mixer is solved by the application of the above measures.

Keywords： shaft head flange; mixer; main shaft fracture

引言

混合機(jī)是工業(yè)生產(chǎn)中的重要設(shè)備，如果在生產(chǎn)過(guò)程中，混合機(jī)出現(xiàn)質(zhì)量方面的問題，就會(huì)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)效率造成嚴(yán)重的影響，嚴(yán)重時(shí)，甚至?xí)?dǎo)致安全事故。軸頭法蘭脫落和主軸斷裂是混合機(jī)常見的質(zhì)量問題，因此，分析問題產(chǎn)生的原因，并提出處理措施，其意義十分重大。

1 混合機(jī)軸頭法蘭脫落和主軸斷裂的原因分析

1.1 某企業(yè)混合機(jī)軸頭和主軸故障概述

某企業(yè)是一家生產(chǎn)鋼鐵的企業(yè)，其焦化廠混合機(jī)在工作一段時(shí)間后頻繁出現(xiàn)軸頭法蘭脫落、主軸斷裂等問題，這些故障的出現(xiàn)，影響了混合機(jī)的工作質(zhì)量和效率，企業(yè)鋼鐵產(chǎn)量也隨之受到了影響。究其原因，主要是混合機(jī)屬于上煤線的重要組成部分，具有運(yùn)輸煤炭的作用。其一旦出現(xiàn)故障，就會(huì)使焦?fàn)t用煤受到影響，再加上混合機(jī)具有較大的尺寸，在對(duì)其檢修過(guò)程中，必須要分解，故檢修時(shí)間較長(zhǎng)，不利于企業(yè)的生產(chǎn)[1]。

此外，該企業(yè)所使用的混合機(jī)，由專業(yè)廠家設(shè)計(jì)，其輸送能力和混合能力可達(dá)900t/h，是國(guó)內(nèi)最大的混合機(jī)，由于缺少參考，該設(shè)備在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)階段，潛藏著一些安全隱患。因此，從結(jié)構(gòu)和材質(zhì)層面著手，分析混合機(jī)軸頭法蘭脫落和主軸斷裂的原因，有助于促進(jìn)混合機(jī)的發(fā)展。

1.2 故障原因分析

混合機(jī)在工作過(guò)程中，需要滿足輸送和物料攪拌的需要，在這一前提條件下，兩端支撐成為其主軸支撐的主要方式，這種支撐方式，缺少中間支點(diǎn)，故兩點(diǎn)之間的跨度非常大，且主軸的重量也超過(guò)了2.5t。再加上主軸在運(yùn)行過(guò)程中，需要承擔(dān)多種作用力，并且這些作用力會(huì)隨著物料輸送量的增加而加大，長(zhǎng)期以往，就會(huì)導(dǎo)致主軸斷裂和軸頭法蘭脫落問題的出現(xiàn)。

1.2.1 混合機(jī)軸頭法蘭脫落故障的原因

據(jù)了解得知，混合機(jī)主軸兩端軸頭和法蘭配合直徑接近180mm，而配合長(zhǎng)度為30mm，法蘭盤面直徑為620mm，二者存在一定的配合公差，其傳遞扭矩的方式為借助圓柱銷。此外，24個(gè)螺栓將軸頭法蘭和主軸法蘭連接為一個(gè)整體。

混合機(jī)在工作階段，所產(chǎn)生的交變應(yīng)力相對(duì)偏高，主軸對(duì)軸頭連接法蘭會(huì)造成嚴(yán)重的拉扯，再加上軸頭和連接法蘭間的配合長(zhǎng)度與規(guī)定不符，故在交變應(yīng)用的影響下，法蘭脫落故障頻繁出現(xiàn)。

1.2.2 混合機(jī)主軸斷裂原因分析

（1）在混合機(jī)設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，生產(chǎn)廠家考慮到主軸容易在運(yùn)輸物料過(guò)程中腐蝕主軸，故在實(shí)際制造時(shí)，選擇船用鋼板作為主軸材質(zhì)。但這種選擇，雖然可以使主軸的抗腐蝕性能得到強(qiáng)化，但這種船用鋼板剛性有余，但彈性不足，在交變應(yīng)力的長(zhǎng)期影響下，主軸會(huì)不斷變形，最終就會(huì)導(dǎo)致斷裂問題的出現(xiàn)。

（2）企業(yè)所使用的混合機(jī)，其主軸結(jié)構(gòu)為箱型結(jié)構(gòu)，為了對(duì)主軸斷裂問題進(jìn)行控制，維修人員在主軸上焊接了筋板結(jié)構(gòu)，這種筋板結(jié)構(gòu)由多塊腹板焊接而成，但實(shí)踐結(jié)果表明，這種筋板結(jié)構(gòu)的使用，無(wú)法增強(qiáng)混合機(jī)主軸的強(qiáng)度，主軸變形問題依然存在。

（3）制造廠商在制造混合機(jī)時(shí)，過(guò)度注重了混合機(jī)主軸的耐蝕性和耐磨性，將保護(hù)板安裝到了主軸上，且安裝段數(shù)多達(dá)10段，導(dǎo)致每段結(jié)合處成為了應(yīng)力集中點(diǎn)。

（4）主軸在工作過(guò)程中，會(huì)受到徑向力的影響，伴隨著運(yùn)輸量的加大，這種徑向力所造成的影響會(huì)逐漸增加，致使主軸擺動(dòng)幅度日漸加大，久而久之就會(huì)斷裂[2]。

在上述幾個(gè)因素的影響下，混合機(jī)主軸承擔(dān)的交變應(yīng)力不斷加大，最終導(dǎo)致混合機(jī)在運(yùn)行一段時(shí)間后，其主軸就會(huì)發(fā)生斷裂。

2 混合機(jī)軸頭法蘭和主軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過(guò)上述分析可知，配合長(zhǎng)度較短時(shí)導(dǎo)致混合機(jī)軸頭法蘭脫落問題的主要原因;而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性差、材質(zhì)選擇不合理以及主軸體積過(guò)大是導(dǎo)致主軸斷裂的原因。為此，筆者結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為控制故障需要從設(shè)計(jì)層面著手，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，延長(zhǎng)配合長(zhǎng)度、更換主軸材質(zhì)，并對(duì)筋板進(jìn)行強(qiáng)化。

2.1 使法蘭面和軸頭配合長(zhǎng)度延長(zhǎng)

2.1.1 企業(yè)可以對(duì)混合機(jī)軸頭舊有法蘭進(jìn)行更換，以增加法蘭的厚度。

2.1.2 使用長(zhǎng)度為15cm的套筒，并通過(guò)焊接的方式，將其固定在法蘭盤面，并在此基礎(chǔ)上焊接6塊筋板，提高法蘭盤面與套筒的整體性。

2.1.3 對(duì)舊有主軸進(jìn)行改造，使其與法蘭配合的長(zhǎng)度增加，改造后二者配合長(zhǎng)度為210mm，相較于之前，增加了180mm，這樣一來(lái)，就會(huì)分散交叉應(yīng)變力，使法蘭與軸頭的攔截更加牢固。此外，還需使用2個(gè)平鍵，對(duì)圓柱銷進(jìn)行取代，其目的在于消除剪切和傳遞扭矩對(duì)軸頭的作用。

2.2 主軸的優(yōu)化和設(shè)計(jì)

2.2.1 采用16Mn板材對(duì)舊有的船用鋼板進(jìn)行取代，究其原因，主要是這種材質(zhì)的剛性和彈性均符合制作主軸的需求。

2.2.2 在制作翼板時(shí)，可以使用厚度為11mm的鋼板，然后通過(guò)焊接的方式，促使變?yōu)閄形主梁，然后將長(zhǎng)度為6mm的筋板焊接到主梁的四周，然后在主軸的垂直方向焊接副筋板，焊接間隔為310mm。在焊接工作結(jié)束后，使用機(jī)床加工主軸，同時(shí)，保證加工的精度。本次優(yōu)化設(shè)計(jì)后，主軸的腹板變?yōu)榱虽摪澹浜穸葹?5mm，然后使用打孔機(jī)在副筋板上打孔。在主梁上放置腹板，然后通過(guò)塞焊方法的使用，使腹板和副筋板鏈接為一個(gè)整體。此外，還要通過(guò)焊接的方式，使腹板兩邊與主梁保持連接狀態(tài)，最后完成兩端法蘭的焊接即可。

2.2.3 為了對(duì)主軸總重量進(jìn)行控制，本次設(shè)計(jì)決定不再主軸上安裝保護(hù)板，然后對(duì)葉片進(jìn)行了重新排布，這樣一來(lái)，就使葉片的數(shù)量減少了35片，主軸重量也隨之下降。為消除葉片減少對(duì)混合機(jī)工作性能的影響，可以改變?nèi)~片的形狀，促使其由矩形葉片變?yōu)樯刃稳~片，這樣一來(lái)，可以使葉片受料面積大幅度提升，有助于提升混合機(jī)的工作性能[3]。

3 防止混合機(jī)主軸斷裂的建議

3.1 組織培訓(xùn)，提高工作人員的能力

為了對(duì)混合機(jī)主軸斷裂問題進(jìn)行規(guī)避，建議企業(yè)定期組織培訓(xùn)活動(dòng)，提高工作人員的能力水平。這樣一來(lái)，方能讓工作人員在操控混合機(jī)時(shí)更加平穩(wěn)，以減少混合機(jī)非正常停止的次數(shù)。應(yīng)該將混合機(jī)的運(yùn)行參數(shù)作為依據(jù)，制定標(biāo)準(zhǔn)的操作規(guī)范，要求工作人員嚴(yán)格遵守規(guī)范操作混合機(jī)，并在發(fā)現(xiàn)問題后，及時(shí)予以調(diào)整。

3.2 采用保護(hù)措施

為確保混合機(jī)工作運(yùn)行的穩(wěn)定，可以依據(jù)混合機(jī)的實(shí)際情況，采用保護(hù)措施，為工作人員發(fā)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，創(chuàng)造有利的條件。比如：可以在混合機(jī)上安裝模頭壓力聯(lián)鎖，通過(guò)保護(hù)措施的使用，消除設(shè)備潛藏的安全隱患，增加其使用年限。

3.3 采取有效的改進(jìn)措施

針對(duì)混合機(jī)主軸存在的問題，應(yīng)運(yùn)用有效的改進(jìn)措施予以解決，改進(jìn)措施包括以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

3.3.1 對(duì)主軸和端軸法蘭連接軸線的偏差和穩(wěn)固性進(jìn)行檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)及時(shí)予以修正，這樣一來(lái)，方能實(shí)現(xiàn)對(duì)軸連接件軸線偏差的有效控制。

3.3.2 對(duì)混合機(jī)主軸及其首尾兩端支撐軸線對(duì)中情況加以檢測(cè)，明確因?yàn)楣ぷ髡駝?dòng)而導(dǎo)致的軸線偏差，并在此基礎(chǔ)上予以校正。同時(shí)限制軸承座的位置，保證其不會(huì)在震動(dòng)力的影響下發(fā)生位移，這里所說(shuō)的軸承座指的是兩端支撐軸承座。此外，工作人員還應(yīng)提高軸承座支撐的穩(wěn)固性，避免震動(dòng)對(duì)其性能造成影響。

3.3.3 使端軸強(qiáng)度得到提升。工作人員需要檢測(cè)混合機(jī)，將短軸作為重點(diǎn)檢測(cè)內(nèi)容，保證其質(zhì)量。然后，還要采取硬化處理的方式，對(duì)端軸進(jìn)行處理，提高其硬度。之所以采取這種處理措施，主要是斷軸容易在作用力的影響下而損壞。

3.3.4 避免端軸帶動(dòng)花鍵套在混合機(jī)內(nèi)部的徑向擺動(dòng)?？梢詫⒙?lián)軸器設(shè)置到混合機(jī)和端軸的中間位置，借助聯(lián)軸器對(duì)徑向擺動(dòng)產(chǎn)生的作用力進(jìn)行削弱。建議企業(yè)采用SWC型萬(wàn)向聯(lián)軸器。因?yàn)椋@種聯(lián)軸器性能優(yōu)越，且適用范圍廣泛。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，混合機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中起到了非常關(guān)鍵的作用，其一旦出現(xiàn)故障，就會(huì)對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率造成不利的影響。鑒于此，工作人員應(yīng)該明確問題出現(xiàn)的原因，并采取使法蘭面和軸頭配合長(zhǎng)度延長(zhǎng)、對(duì)舊有主軸進(jìn)行改造、采用16Mn板材取代舊有的船用鋼板和控制主軸重量等措施解決問題。

參考文獻(xiàn)：

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