輥磨磨輥端蓋螺栓斷裂的分析與對策

陳亞鵬，李向陽

輥磨磨輥端蓋螺栓斷裂的分析與對策

Analysis and Treatment for Bolt Break on the End of Grinding Roller

陳亞鵬，李向陽

1 前言

國內(nèi)某水泥廠的礦渣輥磨在運轉(zhuǎn)過程中突然出現(xiàn)異常響聲，磨機振動大，磨機附近各測點瞬間振動值達(dá)到8mm/s，磨機運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，導(dǎo)致磨機直接跳停。停機后打開磨門檢查發(fā)現(xiàn)：輪轂連同輥套沿軸向發(fā)生偏移，偏移量40～50mm。

打開磨輥悶蓋端小蓋發(fā)現(xiàn)，磨輥軸端軸承壓板的4個固定螺栓已全部被剪斷，斷裂形狀見圖1。初步判斷異響來源于此處，同時磨輥腔內(nèi)有部分碎鐵屑，軸承可能已經(jīng)損壞。

圖1 螺栓斷裂圖

2 損壞情況

基于此，立即將磨輥裝置從磨內(nèi)拆出并返廠檢查，發(fā)現(xiàn)有以下情況：

（1）壓板與圓錐軸承內(nèi)圈、雙列圓錐軸承內(nèi)圈與內(nèi)間隔套之間的接觸面處存在因長期相對轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的摩擦痕跡，且比較明顯，如圖2所示。

圖2 壓板磨損痕跡圖

（2）軸端壓板與螺栓接觸部位長期相對擠壓而產(chǎn)生凹坑變形，如圖3所示。

（3）拆除輪轂、軸承、間隔套等相關(guān)零件，發(fā)現(xiàn)圓柱軸承滾珠有銹蝕，局部有凹坑和點蝕現(xiàn)象，內(nèi)圈有剝落痕跡；圓錐軸承內(nèi)有銹蝕、凹坑和點蝕現(xiàn)象；磨輥內(nèi)部無異物。

圖3 壓板變形圖

3 原因分析

3.1 磨輥壓板螺栓的受力分析

磨輥在正常工作狀態(tài)下，加壓油缸通過搖臂將壓力傳遞到磨輥，使之轉(zhuǎn)變?yōu)閷α洗驳姆勰チΑＮ锪鲜艿侥ケP與磨輥之間產(chǎn)生的相對運動的摩擦力與粉磨力，反之磨輥軸承受到的反力如圖4所示。在正常工況下，軸承承受斜向上的軸向力和垂直于軸向的分力，軸承端部固定螺栓不承受軸向推力，不存在直接拉斷的可能性。

圖4 磨輥受力分析圖

3.2 螺栓的檢驗

3.2.1 尺寸檢驗

該規(guī)格使用螺栓為M42×130，等級為8.8級，材料為45號鋼，該螺栓理論承受扭緊力矩為3 193N·m，安全系數(shù)為2.0，為了驗證螺栓是否存在質(zhì)量問題，選擇與斷裂螺栓同一批次螺栓進行檢驗。目前螺栓的生產(chǎn)多采用流水線作業(yè)，通過對同一批次的10件螺栓進行尺寸測量，得到螺栓的外徑尺寸為41.9mm，根部過渡圓角為1.4mm，符合標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計要求。

3.2.2 螺栓的性能試驗

（1） 化學(xué)成分分析

對所選螺栓進行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表1所示。

表1 螺栓化學(xué)成分分析表，%

從檢驗報告可以看出化學(xué)成分符合JB/T 6397-2006標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）沖擊測試

按照GB/T 229-2007的要求測試，結(jié)果如表2所示。

表2 沖擊測試表

經(jīng)過檢驗，參照GB/T 3098.1-2010中的要求，沖擊試驗合格。

（3）硬度測試

按照GB/T 4340.1-2009的要求測試，結(jié)果如表3所示。

表3 硬度檢測表

經(jīng)過檢驗，參照GB/T 3098.1-2010中的要求，硬度合格。

（4）楔負(fù)載測試

參照GB/T 3098.1-2010中的要求進行試驗，結(jié)果如表4所示。

表4 楔負(fù)載測試表

（5）保證載荷

參照GB/T 3098.1-2010中的要求進行試驗，結(jié)果如表5所示。

表5 保證載荷測試表

由以上分析可以得出，螺栓的化學(xué)成分測試與機械性能均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，斷裂的原因與螺栓本身無關(guān)。

3.3 其他原因分析

通過上述分析，排除了螺栓本身存在質(zhì)量問題的可能性，正常使用狀態(tài)下螺栓不可能發(fā)生剪斷現(xiàn)象，遂研究是否存在操作不合理的情況。

通過對水泥廠內(nèi)部進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致以上問題的原因應(yīng)為拆卸磨輥輥套時采用的更換方法不當(dāng)，未按照使用手冊的指導(dǎo)操作。磨輥豎直放置，下部固定在搖臂上，加熱后采用吊車直接起吊輥套，整個拉力通過輪轂、軸承傳遞至端蓋螺栓，使軸承端蓋螺栓承受超過其抗拉強度極限的載荷，該狀態(tài)時螺栓被拉長，且無法恢復(fù)。從壓板表面存在的凹槽來看，說明在外力作用下由于壓板單位面積壓力過大，表面硬度相對較低，壓板發(fā)生變形，表面留下凹坑；更換新輥套后，磨輥運轉(zhuǎn)時，螺栓端部與壓板之間存在間隙，繼而導(dǎo)致軸承內(nèi)圈與壓板之間存在間隙，無法起到壓緊并固定軸承內(nèi)圈的作用，運轉(zhuǎn)時在磨盤回轉(zhuǎn)力矩作用下，軸承內(nèi)圈發(fā)生旋轉(zhuǎn)，帶動壓板旋轉(zhuǎn)，長時間運轉(zhuǎn)導(dǎo)致螺栓被剪斷。

4 處理方案

（1）改變磨輥輥套的拆卸方式，拆卸前首先進行火焰均勻加熱，溫度控制在120℃以下，拆卸時以輪轂為支點，制作拆卸工裝，使輪轂和輥套之間相互作用，避免螺栓受力。

（2）要求廠內(nèi)檢修時嚴(yán)格按照輥磨安裝與使用要求操作。

（3）增加防松墊片。由于壓板材料選用Q235-A，表面硬度為140HB，取消彈簧墊圈，改用鋼板制作的防松墊片，增大與螺栓端部的接觸面積，避免壓板螺栓孔部位的局部變形。

（4）更換軸承、壓板、壓緊螺栓，重新按照新磨輥要求裝配磨輥。

（5）加強設(shè)備的檢查，停機檢修時，按時打開磨輥后端的小端蓋，檢查壓板壓緊螺栓是否松動，壓板是否牢固。

5 結(jié)語

磨輥作為輥磨最核心的部件，在使用、維護、更換備件時，要嚴(yán)格按照操作說明執(zhí)行，避免外力對磨輥部件內(nèi)部造成損傷，影響輥磨的正常使用和運作。事故發(fā)生后，該廠嚴(yán)格按照處理方案進行處理，事后嚴(yán)格按照使用要求操作，磨輥更換完畢后已連續(xù)運轉(zhuǎn)兩年，運作情況良好，未再出現(xiàn)上述損壞情況，該輥磨的其他磨輥，也未再次出現(xiàn)上述問題，保證了設(shè)備的持續(xù)可靠運轉(zhuǎn)，為企業(yè)節(jié)約了大量的維護成本。■

Analysis and Treatment for Bolt Break on the End of Grinding Roller

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2017-08-15； 編輯：趙 蓮