緊張熱定型機輥、軸聯接分析

逯發虎 張俊

摘要：本文以120噸/天滌綸短纖后處理設備ZHV705F型緊張熱定型機受力最大輥筒為研究對象。采用理論計算的方法，分析四種狀況下的螺釘受力，根據計算結果與許用值進行比較，驗證了該產品采用摩擦型螺釘聯接的設計能夠滿足各載荷狀況的要求。

關鍵詞：緊張熱定型機; 輥筒; 四種狀況; 螺釘受力;摩擦型螺釘聯接

引言

目前，在紡織產品中牽伸機、緊張熱定型機，輥、軸聯接處螺釘斷裂的情況時有發生。有的甚至造成輥筒脫落。一旦出現這種情況，不僅需要較高的維修費用，還會造成長時間的停產，嚴重影響了企業的生產效率[1]。

本文采用理論計算的方法，以受力最大的輥筒為研究對象。計算其輥、軸聯接螺釘在不同狀況下的受力。分析計算結果，保證該產品在安全可靠的條件下運行。

1、結構組成

緊張熱定型機為滌綸短纖維后處理聯合機單元機之一，用以對絲束作定型處理，穩定分子內部結構，增加強力。緊張熱定型機由3個單元機和移門、罩殼組成。每個單元機由箱體、齒輪傳動、定型輥、潤滑裝置等組成。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ單元機各裝6個輥筒[2-3]。18只定型輥（NO1-NO18）上下排列，如圖（1）所示。各定型輥主要由定型輥結合件與大軸組成，中間采用螺釘M30X2X110-12.9聯接。

2、輥筒絲束張力計算

故以第一輥筒為分析對象，分析四種狀況。

狀況A：正常工作時，絲束單絲張力2.868cn/dtex，絲束合力PA=257740N;

狀況B：絲束全部繞輥，繞至50mm厚時，絲束張力3.778cn/dtex，求得絲束合力PB=337894.2N;

狀況C：絲束1/3繞輥，其中1/2斷裂，繞輥時絲束張力3.778cn/dtex，斷裂時絲束張力5.737cn/dtex，求得絲束合力PC=313296.2N;

狀況D：絲束全部繞輥至絲束全部斷裂，絲束張力5.737cn/dtex，求得絲束合力PD=510364.4N。

3、螺釘負載計算

輥筒和大軸的聯接螺釘沿Φ880均勻分布，如圖（2）所示。由于絲束張力，20只螺釘都受力，但每只受力不一樣，受力最大的是最上面a位置處，由于輥筒每旋轉一周，螺釘受最大拉力一次，屬交變拉力。20只螺釘通過距離轉換為a位置處的當量螺釘數為10.298只，計算如下式。

由式（3-1）求得螺釘在位置a處，四種狀況下的最大拉力分別為23886.5N，31292.4N，29014.86N，47266.38N。

在正常情況下，螺釘預緊并受軸向拉力，當20只螺釘都正常受力時：

由式（3-2）求得螺釘在位置a處，四種狀況下分別為162.6MPa，213MPa，197.5MPa，321.8MPa。

當裝配當裝配不當或螺釘松動等其他原因，有可能造成螺釘受復合載荷。

由式（3-3）求得分別為176.9MPa，231.9MPa，215MPa，350.3MPa

4、結果分析

本產品輥、軸聯接采用螺釘M30X2X110-12.9聯結，許用應力：

式中：安全系數s=1.35取值范圍1.2-1.5;求得：

由此可知，無論是在正常情況下，還是在承受復合載荷時，如果20只螺釘都受力，均小于許用應力800MPa，皆滿足四種載荷狀況。但考慮到溫度因素，高強螺釘聯接的極限承載力基本隨溫度的升高而降低，當溫度低于200℃時，極限承載力與常溫下接近。本次分析的定型輥是通過通入2.0MPa蒸汽加熱，蒸汽溫度為211.4℃，但螺釘處溫度低于200℃，故影響不大。

但由于裝配不當或疲勞載荷等因素，輥、軸聯接處的螺釘將產生撬力效應，撬力作用使聯接螺釘的拉力明顯增加，同時在交變的載荷作用，螺釘逐漸松動。當螺釘所承受的總拉力大于0.8倍螺釘初始預緊力時，被聯接件界面間的摩擦力基本喪失，螺釘連接逐步由摩擦型傳力退化為承壓型傳力[4-6]。如果當一只螺釘承受剪切力時：

由式（3-2）求得分別為193.87MPa，255.3MPa，236.4MPa，387.7MPa

5、 結論

在溫度因素可忽略的條件下，螺釘質量符合標準，裝配符合規范，負載由20只螺釘分擔，在上述四種狀況下，螺釘能夠滿足使用要求。由于裝配不當或疲勞載幅的提高，造成螺釘的松動，當一只螺釘承受剪切力時，螺釘在B、C、D三中狀況下出現螺釘斷裂。

6、安裝措施

在進行輥、軸聯接的安裝時，每個螺釘螺紋部分應涂LW-1000高溫絲扣防粘劑，擰緊力矩1750N·M。輥筒與軸的安裝面、聯接螺釘必須精心清洗干凈，任何污染都會引起徑向偏差。始終保持被聯接件接觸面摩擦力不被克服和不發生相對滑移，保持整體性，各個螺釘受力均勻可靠，耐疲勞。另外，螺釘質量驗收要嚴格。螺釘在按規范裝配后，運轉500小時后再按照規定力矩復擰緊，然后每運轉4000小時后再擰緊一次，或者采取防松措施。始終保證該產品在安全可靠的條件下運行。

參考文獻

[1]王江萍，張文.150/t緊張熱定型機預防性維護策略探討[J].科技創新導報，? 2008.21（35）：32-34

[2]張思博.緊張熱定型機的常見故障分析[J].聚酯工業，? 2016.16（1）：17-19.

[3]孫健.滌綸短絲緊張熱定型機輥軸裝配技術及維護保養[J].合成纖維工業，? 2016.12（3）：56-58.

[4]林文玉. 高強度螺栓連接高溫力學性能有限元分析[M].武漢：武漢理工大學，2006.

[5]陳華. 高強度螺栓連接在高溫環境下受力性能的試驗研究[M].武漢：武漢理工大學，2003.

[6]穆健. 高強度螺栓連接節點疲勞破壞試驗研究[M].重慶：重慶交通大學，2010.

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