彈性柱銷聯(lián)軸器失效分析與日常檢查維保要領(lǐng)

楊伯仲

（漳州旗濱玻璃有限公司 漳州 363400）

0 引言

浮法玻璃制造屬于連續(xù)不間斷生產(chǎn)，原燃材料的持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)和機(jī)械設(shè)備的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)是浮法玻璃生產(chǎn)的首要條件。其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常都會(huì)對(duì)玻璃生產(chǎn)的產(chǎn)質(zhì)量造成影響，甚至?xí)斐缮a(chǎn)和安全事故。原燃材料的輸送普遍采用皮帶輸送機(jī)進(jìn)行運(yùn)輸，皮帶輸送機(jī)的運(yùn)行可靠性和日常檢查維保就顯得尤為重要。本文對(duì)皮帶輸送機(jī)用彈性柱銷聯(lián)軸器的失效原因進(jìn)行分析，并對(duì)日常檢查維保要領(lǐng)進(jìn)行探討。

1 技術(shù)背景

某浮法玻璃生產(chǎn)線設(shè)計(jì)熔化量為700 t/d，為其供應(yīng)配合料的皮帶輸送機(jī)為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，持續(xù)為該生產(chǎn)線供應(yīng)配合料，一天分三個(gè)班次，根據(jù)料倉料位情況，每班次停車一次，每次停車時(shí)間約1 h。即每次對(duì)皮帶機(jī)的維保時(shí)間只有1 h，所有的檢查和維保項(xiàng)目需要在1 h內(nèi)完成。需要做較大檢修或維保時(shí)，必須分多次實(shí)施才能保證配合料的持續(xù)供應(yīng)，否則就會(huì)有斷料風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)生產(chǎn)造成重大影響。

1.1 皮帶輸送機(jī)的設(shè)備配置與運(yùn)行工況

該生產(chǎn)線配送的皮帶輸送機(jī)配置電機(jī)額定功率37 kW，電機(jī)轉(zhuǎn)速n＝1480 r/min，配套減速機(jī)速比i＝35.08，驅(qū)動(dòng)滾筒尺寸為f550 mm×1150 mm，減速機(jī)與驅(qū)動(dòng)滾筒通過一套HL型彈性柱銷聯(lián)軸器連接，彈性柱銷材質(zhì)為尼龍，經(jīng)測(cè)量，皮帶輸送機(jī)在滿載時(shí)，電機(jī)最大電流為39 A，電壓402 V，電機(jī)功率因數(shù)0.86。皮帶輸送機(jī)配置有逆止器，防止意外停車時(shí)皮帶反向運(yùn)轉(zhuǎn)引發(fā)其他事故。逆止器內(nèi)置在減速機(jī)二級(jí)齒輪軸內(nèi)。

1.2 校核彈性柱銷聯(lián)軸器強(qiáng)度

根據(jù)皮帶輸送機(jī)正常運(yùn)行最大負(fù)載狀態(tài)下測(cè)量出的數(shù)據(jù)：I＝39 A，U＝402 V，則該皮帶機(jī)正常運(yùn)行最大負(fù)載狀態(tài)下實(shí)際運(yùn)行功率為：

電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速n＝1480 r/min，減速機(jī)速比i＝35.08，則減速機(jī)與驅(qū)動(dòng)滾筒之間的彈性柱銷聯(lián)軸器扭矩為：

T＝P/w＝9550Pi/n＝9550×23.35×35.08/1480＝5286（N·m）

HL型彈性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)形式和關(guān)鍵尺寸如圖1所示。

圖1 HL型彈性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)形式和關(guān)鍵尺寸

由圖1可知，彈性柱銷聯(lián)軸器由直徑d＝45 mm的尼龍柱銷均布在直徑D＝240 mm的圓周上。對(duì)于每個(gè)尼龍柱銷進(jìn)行分析，在運(yùn)行時(shí)受剪切力，受力示意見圖2。

圖2 剪切力示意

經(jīng)查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，尼龍柱銷的許用剪切應(yīng)力［t］＝11 MPa，則單個(gè)尼龍柱銷所能承受的極限剪切力：

該彈性柱銷聯(lián)軸器在最大載荷下尼龍柱銷所受總剪切力：

即3個(gè)尼龍柱銷就能滿足該皮帶機(jī)在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的受力，而實(shí)際工作時(shí)，該聯(lián)軸器配置有12個(gè)尼龍柱銷，其安全系數(shù)約為4.8倍，完全能滿足設(shè)備的長期安全穩(wěn)定運(yùn)行要求。

1.3 實(shí)際運(yùn)行狀況

按照理論計(jì)算，此種類型彈性柱銷聯(lián)軸器可靠性非常高，在日常運(yùn)行過程中，只要尼龍柱銷未出現(xiàn)嚴(yán)重磨損或在運(yùn)行工況和環(huán)境未發(fā)生重大變化時(shí)，基本不會(huì)出現(xiàn)尼龍柱銷斷裂失效的情況。但在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過程中，經(jīng)常會(huì)收到皮帶輸送機(jī)彈性柱銷聯(lián)軸器的尼龍柱銷斷裂導(dǎo)致皮帶機(jī)停運(yùn)的事故報(bào)告。報(bào)告中所述各尼龍柱銷外徑有不同程度磨損，但磨損量都較小，所有尼龍柱銷全部是受力過大直接剪斷。

2 原因分析

根據(jù)HL型彈性柱銷聯(lián)軸器運(yùn)行維保要求，其彈性柱銷為易損件，需經(jīng)常檢查其磨損狀況。停車時(shí)需定期拆出尼龍柱銷檢查其磨損情況。但在實(shí)際執(zhí)行檢查過程中，由于減速機(jī)內(nèi)置有逆止器，在手動(dòng)盤車時(shí)，只能單向轉(zhuǎn)動(dòng)，在皮帶機(jī)停車后，皮帶有倒轉(zhuǎn)趨勢(shì)或皮帶機(jī)未達(dá)到絕對(duì)平衡狀態(tài)時(shí)，彈性柱銷聯(lián)軸器仍處于承受一定轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，此時(shí)尼龍柱銷在聯(lián)軸器剪切和擠壓力的作用下，就無法拆出進(jìn)行檢查。根據(jù)實(shí)際檢查經(jīng)驗(yàn)，多是只能拆出部分尼龍柱銷進(jìn)行檢查，另一部分尼龍柱銷由于受力過大，無法拆出。

2.1 尼龍柱銷無法全部拆出時(shí)，各尼龍柱銷的受力情況與原因分析

彈性柱銷聯(lián)軸器在加工時(shí)，為確保各柱銷孔都能均布受力，都是成對(duì)加工，且尼龍柱銷外徑尺寸偏差都較小。新投入使用短時(shí)間內(nèi)，各尼龍柱銷所承受的剪切和擠壓力基本相等，不會(huì)有太大差異。但在使用一段時(shí)間后，由于受安裝精度以及減速機(jī)機(jī)架和驅(qū)動(dòng)滾筒鋼架剛度影響，在實(shí)際運(yùn)行過程中，彈性柱銷聯(lián)軸器在軸向和徑向都會(huì)有不同程度偏移和往復(fù)變化。導(dǎo)致尼龍柱銷在運(yùn)行時(shí)在柱銷孔內(nèi)反復(fù)處于摩擦和彈性形變狀態(tài)。長期運(yùn)行就會(huì)存在著部分尼龍柱銷不均勻磨損現(xiàn)象。

日常巡檢和保養(yǎng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)有部分尼龍柱銷出現(xiàn)磨損現(xiàn)象后，維保人員可能只是對(duì)該部分進(jìn)行了更換，導(dǎo)致各尼龍柱銷始終不能確保全部處于相同的受力狀態(tài)，始終只有部分在受力，而部分一直處于松弛狀態(tài)。且日常停車檢查時(shí)，彈性柱銷聯(lián)軸器仍在承受部分扭矩時(shí)，始終受力的尼龍柱銷拆出檢查比較困難，處于松弛狀態(tài)的尼龍柱銷容易拆卸，檢查自然也是狀態(tài)比較好，這就容易導(dǎo)致檢查維保人員誤解為未出現(xiàn)磨損現(xiàn)象的假象。

2.2 尼龍柱銷出現(xiàn)部分受力現(xiàn)象時(shí)存在的風(fēng)險(xiǎn)隱患

由彈性柱銷強(qiáng)度校核可知，當(dāng)所有尼龍柱銷受力均勻時(shí)，其安全系數(shù)為4.8倍，只要超過3個(gè)尼龍柱銷同時(shí)受力時(shí)，就能承受最大載荷時(shí)受力。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，無法確保所有尼龍柱銷全部都受力均勻。當(dāng)尼龍柱銷出現(xiàn)不均勻磨損或聯(lián)軸器柱銷孔也存在不均勻磨損時(shí)，其同時(shí)受力的尼龍柱銷數(shù)量就會(huì)小于設(shè)計(jì)數(shù)量12個(gè)。當(dāng)同時(shí)受力數(shù)量小到一定程度時(shí)，或當(dāng)皮帶機(jī)帶載啟動(dòng)、運(yùn)行時(shí)突然有其它外力瞬時(shí)作用，導(dǎo)致聯(lián)軸器扭矩受到?jīng)_擊載荷，扭矩瞬時(shí)大于滿載時(shí)的最大扭矩，就容易導(dǎo)致當(dāng)時(shí)帶載的部分尼龍柱銷出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，另一部分平時(shí)處于松弛狀態(tài)的尼龍柱銷自動(dòng)開始受力帶載，設(shè)備也能正常穩(wěn)定運(yùn)行。從外觀上仍然看不出任何異常，但此時(shí)實(shí)際設(shè)備安全系數(shù)已大幅降低。當(dāng)再次循環(huán)出現(xiàn)上述狀況后，就有可能導(dǎo)致剩余尼龍柱銷出現(xiàn)突然斷裂，發(fā)生聯(lián)軸器失效、設(shè)備停運(yùn)的事故。

2.3 事故分析和緊急處置案例

熔化量700 t/d生產(chǎn)線配合料輸送皮帶某天在正常運(yùn)行時(shí)，突然出現(xiàn)聯(lián)軸器尼龍柱銷斷裂事故。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，一共12個(gè)尼龍柱銷全部斷裂，從外觀上看，各尼龍柱銷新舊程度不一致，外徑均有不同程度磨損，但磨損量都比較小，從斷面分析可知，舊尼龍柱銷斷面比較陳舊，新尼龍柱銷斷面較新。分析可知，在事故發(fā)生前設(shè)備運(yùn)行時(shí)主要靠幾個(gè)新的尼龍柱銷受力，舊的尼龍柱銷在之前就已經(jīng)斷裂失效。且聯(lián)軸器各柱銷孔也有不同程度磨損，導(dǎo)致尼龍柱銷裝配松緊程度不一致，屬于典型的尼龍柱銷受力不均勻所致。

事故發(fā)生時(shí)，由于生產(chǎn)線料倉料位較低，需要在最短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)設(shè)備運(yùn)行，且聯(lián)軸器尼龍柱銷全部斷裂后，柱銷孔位置已錯(cuò)開，新的尼龍柱銷大部分無法安裝進(jìn)去，只是臨時(shí)安裝了4個(gè)尼龍柱銷，勉強(qiáng)將設(shè)備開起來讓其先運(yùn)行將料倉配滿，帶料倉滿料后有足夠的檢修時(shí)間再進(jìn)行檢修。當(dāng)時(shí)就靠這4個(gè)尼龍柱銷讓設(shè)備持續(xù)滿載運(yùn)行了一個(gè)班次。這也再次論證了強(qiáng)度校核的準(zhǔn)確性和安全性。

3 改進(jìn)措施與維保要領(lǐng)

為確保該彈性聯(lián)軸器的運(yùn)行可靠性，結(jié)合以上分析，在日常維保與檢修時(shí)，為避免出現(xiàn)尼龍柱銷全部斷裂時(shí)事故發(fā)生，需做好以下幾點(diǎn)：

（1）加強(qiáng)減速機(jī)機(jī)架和驅(qū)動(dòng)滾筒機(jī)架的剛度，加強(qiáng)設(shè)備安裝時(shí)聯(lián)軸器軸線的同軸度，盡量減少設(shè)備載重運(yùn)行時(shí)聯(lián)軸器兩邊軸向和徑向位移，從而減少聯(lián)軸器運(yùn)行時(shí)尼龍柱銷和柱銷孔的磨損；

（2）聯(lián)軸器出廠時(shí)安裝前，要詳細(xì)檢查聯(lián)軸器兩端各柱銷孔是否一一對(duì)應(yīng)，一般在聯(lián)軸器外圓處都做有對(duì)應(yīng)標(biāo)識(shí)，一定要按照標(biāo)識(shí)進(jìn)行安裝；

（3）日常運(yùn)行時(shí)，多加強(qiáng)檢查，每次檢查時(shí)，一定要確保所有尼龍柱銷的磨損情況全部都檢查到位，不可因部分尼龍柱銷不好拆卸就不檢查；

（4）當(dāng)出現(xiàn)部分尼龍柱銷磨損時(shí)，盡量將所有尼龍柱銷全部進(jìn)行更換，以確保各尼龍柱銷的尺寸和性能保持一致；

（5）定期檢查聯(lián)軸器柱銷孔的磨損情況，當(dāng)檢查出現(xiàn)有部分柱銷孔出現(xiàn)磨損后，盡量更換整套聯(lián)軸器，確保彈性聯(lián)軸器的尺寸和技術(shù)性能；

（6）制定詳細(xì)的設(shè)備維保標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)維保人員的規(guī)范作業(yè)和執(zhí)行力，不能因維保人員對(duì)設(shè)備的認(rèn)知不同而出現(xiàn)不同的維保方式和標(biāo)準(zhǔn)。

總之，彈性柱銷聯(lián)軸器安全穩(wěn)定運(yùn)行的核心是確保各尼龍柱銷受力均勻，不得出現(xiàn)部分尼龍柱銷有過載現(xiàn)象。

4 結(jié)語

浮法玻璃的持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)主要取決于設(shè)備的穩(wěn)定高效運(yùn)行，通過分析校核設(shè)備配置的安全系數(shù)，并通過一次的應(yīng)急處置過程間接地對(duì)安全系數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。對(duì)高安全系數(shù)的設(shè)備仍出現(xiàn)故障進(jìn)行了深入剖析，找出出現(xiàn)該問題的深層次原因，讓所有工程技術(shù)人員和設(shè)備維保人員對(duì)嚴(yán)格按照設(shè)備維保標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行維保有了更深層次的認(rèn)知。