连续混捏机易损件的国产化改进*

2013-06-28白彦龙李勇刚

机械研究与应用 2013年3期

白彦龙，李伟，李勇刚

(中国铝业兰州分公司，甘肃兰州 730089)

1 引言

连续混捏机是炭素制品生产的关键设备，相对于以前所使用的混捏锅，该设备充分体现出产能大、糊料质量稳定、性能可靠的优点，很好地满足了现代化生产的要求。但其受磨易损部件(衬板、定齿、动齿)磨损较快，使用寿命短，使检修时间相对较长，设备开动率低，影响正常生产;且原装进口备件价格昂贵，生产、运输周期长，运费等附加费用高，造成设备的运行成本居高不下，极大影响了企业的生产和效益。

笔者针对上述问题，结合生产实际进行了探索研究，以期达到保证设备长周期连续正常运转，降低运行及检修成本，提高生产效率和经济效益的目的。

2 混捏机基本结构及工作原理

混捏机的基本结构如图1所示［1］。

图1 混捏机主体结构示意图

混捏工作的主体为一长筒状腔体，以及安装于其内部中心线上的混捏轴。轴上装有螺旋叶片状的动齿，在左螺旋线上1个导程分三段(即成三齿)均匀分布如图2所示。腔体内壁衬以衬板，其上按左螺旋线轨迹每导程均匀分布有3个菱形块状定齿如图3所示［2］。

图2 混捏轴结构示意图

图3 衬板结构示意图

混捏时，混捏轴在转动的同时，做轴向往复运动。这样，糊料一边在动齿的推动作用下向前运动，一边受动齿和定齿的挤压而不断分离、混合，由此达到充分混合的目的。

3 易损件使用状况

某厂所使用的进口混捏机上共装有衬板8套，定齿61套，动齿20段(见图2、3)。通过最初的几次开机检修发现:磨损最为严重的是C段(进料端)衬板，其次是定齿、动齿、其他段衬板。大约每生产3万吨糊料就必须更换C段衬板1套及10～20套定齿，大约每生产6万吨糊料就必须更换5～10段动齿，而其他段衬板磨损量较小，估计可生产糊料10万吨左右。

4 国产化的实现

4.1 准备工作

磨损最为严重的是C段(进料端)衬板，其次是定齿、动齿、其他段衬板，并且C段衬板更换困难、价格最贵，因此改造工作首先是从C段衬板开始的。

经过实物测绘，并借助各零部件间的装配位置、配合关系、尺寸链等，再参考通用设计准则或惯例，推算出了C段衬板的详细尺寸，并绘制出尺寸图。同时对衬板材质进行了分析化验，确定了选材设计，最终完成了C段衬板的零件制造图并进行试制。紧接着，又相继完成了定齿、动齿及其他段衬板的实物测绘、材料分析、设计出图及制作。

4.2 实验及应用情况

在随后的开机检修时，首先更换了一套国产的C段衬板，定齿部分则将国产件、进口件各更换了几套，以作对比。1个多月后(连续生产了大约1万吨糊料)，进行了开机检查，发现国产件使用状况良好:衬板磨损情况正常，国产定齿与进口件相比磨损程度相似，无明显差异，国产化工作初见成效。随后的检修中又实验性的使用了几段国产动齿，使用情况良好，动齿的国产化目标也得以实现。

通过半年多的持续实验研究，混捏机受磨易损件的国产化目标全部得以实现，使得备件购置费用大为降低;但同以前相比，其使用寿命的增长并不十分明显，为此还须作进一步研究、改进。

5 技术改进

5.1 延长衬板使用寿命

(1)问题提出经过多次的开机检修发现:使用寿命最短的C段衬板，往往只是因为在第一个定齿处被磨出深坑，为了避免糊料将此处衬板下方混捏机筒壁本体磨坏，不得不将其更换，而C段衬板的其余部分磨损情况并不严重，尚可继续使用。因此，只要能够减缓C段衬板在第一个定齿处的磨损，就可大大提高整块衬板的使用寿命。

(2)原因分析针对上述情况，对C段衬板上第一个定齿处糊料的摩擦情况作如下分析:①此处糊料刚刚从进料口进入，尚未开始混合，石油焦表面没有液体沥青的浸润，仍处于干料颗粒状，因此其运动时的摩擦力较大，对被接触物(衬板、定齿、动齿)来说磨损也较大，而往后随着石油焦颗粒和液体沥青的逐渐混合，情况则有所改善;②此处混捏轴由连续螺旋状的送料段向不连续螺旋状的混捏段(动齿)过渡，糊料的运动方式也随之由较为平缓的连续式“螺旋进给+往复直线”运动，变为交变的间断式“螺旋进给+往复直线”运动［2］，此外定齿也从此处开始出现，使得糊料的运动受阻，运动方式更加复杂。对被接触物(衬板、定齿、动齿)来说，糊料运动方式的突变意味着对它们形成反复的冲刷作用，从而加剧了磨损。

上述因素对衬板、定齿、动齿都发生作用，但由于定齿、动齿的工作部分都具有一定的流线型结构，因此所受的影响相对较小;而衬板不具备此条件且必须与糊料大面积接触，因而所受的影响很大。

(3)解决办法——衬板修补技术根据上述分析，先后采取了诸如改变沥青下料口位置、不安装C段衬板上第一个定齿等措施，然而效果都不理想，且出现了沥青冒料、其他部位磨损加剧等现象，使情况更复杂。降低磨损量的办法行不通，因此不得不恢复混捏机原始工作结构，寻求采取修复过度磨损部位的办法来延长衬板的使用寿命。

经反复比较和实验，发现了一种冷焊聚合钛合金复合材料的耐磨修补剂，其耐磨损性、耐腐蚀性较好，且与金属结合强度高，比较适合于衬板的修补。于是在一次开机检查中，当发现一个月前更换的C段衬板在第一个定齿处已磨出一个深坑时，便用该耐磨修补剂进行了修补实验。一个月后再次开机检查实验效果，发现修补部分已被磨去，但修补层下的衬板本体磨痕没有明显加深，说明修补层很好地保护了衬板。所以没有象以前检修方案那样直接更换衬板，而是仍用修补剂进行修补。一个半月后再次开机检查，情况与上次相同。此时衬板已连续使用近4个月，生产了约3万吨糊料，且经修补后，仍可继续使用。最终此套衬板经反复修补，一直使用近一年时间(生产了约8万吨糊料)，证明修补过度磨损部位以延长衬板使用寿命的办法是切实可行的，且效果十分明显。

5.2 定齿结构改进

(1)问题提出定齿的消耗数量是最大的，每次检修均要更换一定数量。而其损坏失效形式也基本一致，均为两侧外壁因磨损而不断收窄变薄，直至露出内腔螺纹线甚至完全磨穿、断开，如图4所示。如果能避免定齿外壁磨损或减缓其磨穿失效的速度，就能提高定齿的使用寿命。

图4 定齿磨损失效形式

(2)原因分析原定齿结构为:本体与固定螺栓分体，定齿心部为中空内螺纹，固定螺栓由混捏机外向定齿内穿入固定，因此其侧壁相对较薄。由于侧面是定齿的主要工作面(见图5)，磨损较快，因此短时间内其侧壁就会磨穿，露出螺纹线。此时须及时更换，否则定齿进一步磨损直至磨穿，造成固定螺纹完全失效，进而使定齿移位、甚至完全脱落，损害设备。