管磨机中空轴法兰螺栓断裂原因的分析处理

2010-08-15韩飞石常军

四川水泥 2010年3期

关键词：磨机中空筒体

韩飞石常军

（河北建材职业技术学院，秦皇岛066004）

管磨机中空轴法兰螺栓断裂原因的分析处理

韩飞石常军

（河北建材职业技术学院，秦皇岛066004）

水泥企业中的管磨机中空轴法兰与筒体的联接螺栓在正常运转中常常出现频繁断裂现象，有的是从螺栓头的根部，有的是从螺母的附近，还有的是在光杆与螺纹的交接处折断，断口比较平整，每次螺栓断裂后更换新螺栓时都会重新拧紧，但使用不久又会出现断裂，就此现象发生的原因进行了分析，总结如下。

1 螺栓断裂原因分析

1.1 螺栓材质达不到设计要求，螺栓结构设计合理

（1）螺栓材质问题是新投产磨机出现联接螺栓断裂的主要原因之一。选材不当；螺杆的热处理工艺选择不当；淬火操作马虎；回火时间控制不当；以及锻制螺杆头时终锻温度太低等原因都会造成螺杆头根部微裂纹。

（2）螺杆头的设计中，在螺杆头根部有一加工圆角，该圆角在车削加工时往往被忽视，筒体法兰上与此圆角相配的螺孔相应部位没有设计必需的倒角，致使装配时螺杆头平面很难与筒体表面贴紧，使得局部应力集中不易消除，导致螺栓断裂。

1.2 装配质量差

（1）法兰平面垂直度严重超差，或筒体制造时未按正确的制作工艺进行，以致于装配间隙较大，使螺栓联接刚度不足，造成螺栓疲劳裂纹，导致断裂。

（2）由于在紧固螺栓时，一般是以工人的经验紧固的，很难保证全部螺栓受力均匀，磨机在运行中也会造成螺栓断裂。

1.3 螺母压紧力衰减，螺母自锁性丧失

（1）螺纹配合间隙过大，或者螺距太大，导致自锁性能差。

（2）螺纹粗糙度差，受力后牙扣之间挤压使螺纹中径配合间隙加大，螺母向后退移。

（3）磨机筒体端盖内表面系非加工面，在磨机运转中，螺栓在载荷作用下，其螺栓头与筒体端盖接触平面的较高点被压平（或被压低），因而个别已拧紧的螺母相对松动，造成全部螺栓受力不均匀，磨机每转一圈，某个或某几个螺栓就受到一次撞击，压在螺栓头下面的端盖钢板被撞击出凹坑，螺栓头变形，而且越松撞击力越大，凹坑和变形越大。

（4）中空轴与筒体端盖联接螺栓是右旋螺纹，磨机转动导致螺母松动。

（5）磨机试运转中产生的螺栓松动现象；一般既没有检查，也不可能采取紧固措施。投入正式生产后，松动日趋严重，法兰间隙随之渐大，在两法兰平面间就有了一层薄薄的物料夹层，降低了联接副的刚度，增加了螺栓应力幅值，同时由于法兰止口的阻挡作用，物料夹层很难消除，从而加速了螺栓的疲劳破坏。

（6）运转中研磨体及物料对筒体的冲击，造成磨体回转部分振动，螺母松动。

（7）螺母压紧力衰减导致的螺母松动程度不完全一致，而没有松动的螺栓相对被加大了负荷，发现不及时，就会折断。

1.4 螺栓与孔配合过松

铰制孔用螺栓与铰制孔配合过松，造成中空轴与筒体端盖之间产生径向相对滑移，这时的螺栓不仅承受轴向撞击力作用，而且受到径向撞击剪切力作用，螺栓受力条件恶劣，导致螺栓断裂。

1.5 材质问题

磨机筒体端盖材料刚度差，或者筒体端盖内表面与中空轴大法兰外表面不平行会导致螺栓断裂。

1.6 工作温度过高

磨机工作温度高，筒体法兰联接螺栓机械性能降低，有时甚至造成螺栓螺纹牙型变化，联接强度降低而断裂。

1.7 维修方法不当

维修方法不当也会造成螺栓断裂。如无定期检查制度或有制度形同虚设，螺栓松动了，不能及早发现并紧固；或已断螺栓没有及时更换，在缺少螺栓的情况下启动磨机，致使相邻部位的螺栓也会折断；或更换的螺栓与原设计螺栓材质不同，致使螺栓受力不一致，导致材质差的螺栓断裂。

2 螺栓断裂的处理和预防

2.1 注重螺栓质量

（1）在采购或自制螺栓时应采用45号中碳钢或40Cr调质螺栓，不宜采用A3钢、低碳钢或其它强度更低的材料做螺栓。

（2）螺纹的表面粗糙度起码应达到1.6，选用合适的细牙螺纹；挑选相配的螺栓螺母配合，使螺纹中径和顶径之间的间隙接近于0，改善螺母和螺栓的配合，减少螺栓的应力集中，保证螺纹的旋合性和联接强度。

（3）自制螺栓螺母无法进行工件热处理时，可利用化验室高温电炉进行调质处理：随炉加热至850℃，保温40分钟后机油淬火，在500℃下保温2小时取出空冷。为分散工作压力，可在工件下垫一块钢板。

2.2 建立设备定期检查与不定期巡查制度，发现问题及时解决

（1）及时更换已断螺栓，对于数量较少如只有1～2只螺栓断裂，可安排在计划检修时进行更换，以减少停机时间。

（2）及时紧固松动的螺栓。

（3）对于螺孔变形如局部变椭圆，有凸肉、毛刺等，在修理时务必仔细锉平，防止装配后形成残余间隙。

（4）对于筒体法兰在中空轴装配上后止口处出现的间隙，可在止口处另加焊一块厚约10mm、宽为80～100mm的环形钢板，内径按止口尺寸加工，环向均分为3～4块，板上可钻若干个Φ20mm圆孔，用钉焊法焊于筒体法兰上，以增加强度，避免止口失效。

（5）如采用双螺母防松设计，可用同材质同规格的普通螺母。必须采用厚薄两种螺母时，宜先上薄的，后上厚的这种安装次序。

（6）如法兰平面出现毛刺现象，可用角向磨光机或手动砂轮机打磨，最后用砂块手工磨平整。

2.3 螺纹旋转方向的选择

磨机两端中空轴螺栓分别用左、右旋螺纹，以适应磨机的左侧传动和右侧传动。左右扣螺纹螺栓如何配置可用如下判别方法：站在磨机一端，沿中空轴线看其转向，如果是逆时针方向旋转，则中空轴这一端宜用右螺纹螺栓，另一端用左螺纹螺栓；如果是顺时针方向旋转，则中空轴这一端用左螺纹螺栓，另一端用右螺纹螺栓。

2.4 实行定检

在磨机使用过程中，要定期检查中空轴与筒体端盖螺母是否有松动现象。磨机试运转期间，每隔1～2h检查一次，即用最初的扭矩将螺母复拧一遍，如发现松动，应立即拧紧，并更换防松钢丝。如连续三次无松动，即压紧如初，可每隔8h查一次；如连续三班（即24h）无松动，可每隔24h查l次；如连续三个工作日（即72h）无松动，可每周检查一次；以后可转向正常，每周查一次。