馒头机绞龙后端轴承断裂原因分析及改进措施*

刘伟洪，蔡善儒，刘海波

（山东理工大学机械工程学院，山东 淄博 255000）

0 引言

馒头一直是中国北方家庭餐桌上必不可少的主食，如今，随着人口流动的加速，馒头在南方也处处可见，由于南北地域文化、饮食习惯的差异，馒头一度分为南方馒头和北方馒头两大品系[1-2]。为了适应快节奏的现代生活，省时、省功、省力的集和面、揉面、成型于一体的馒头机应运而生，广泛应用于单位和学校食堂、馒头加工企业及专业户。

馒头机的设计一般采用四大总成系统，即传动系统、和面系统、揉馍系统及馒头成型系统[3]，各系统既相互独立又协调统一。在复杂的生产制造过程中，诸多实际问题及技术问题需要被解决，诸如馒头形状的控制、口感的筋道、螺旋搅拌结构的设计、面团中存留空气的排空、出面的顺畅、高效节能等等。本文主要针对一家技术完善的馒头机生产企业面临的新问题加以分析和解决：馒头机应对批量生产时常发生绞龙后端轴承断裂的严重问题。

1 借助仪器测试数据

有馒头机使用单位反映，购买的馒头机在小批量生产时能够正常使用，但由于所产馒头供不应求，使用者在连续使用时馒头机会发生轴承断裂的问题，于是使用单位向生产厂家提出希望改造机器以彻底解决这一问题。本着对使用单位负责的态度，生产厂家在没有根本解决方案的情况下先是采取坏一个换一个的办法，然而频繁更换的后果就是影响客户的正常使用，也对厂家扩大市场产生不利影响；为了占据市场、赢得质量信誉，后来只能采取更换超性能轴承的办法，这无疑增加了生产成本。

馒头机生产企业决定向专家求助，专家了解了所有情况后，决定采用理论知识结合实验数据，有理有据科学地解决这个棘手问题。具体步骤如下：先查看原始图纸资料，熟悉机器各系统结构，然后测定机器空载和工作时电流及噪声等数据，计算分析得出轴承的使用寿命，根据绞龙轴的受力情况分析轴承排列、轴的支撑是否合理及替换方案。

通过查看图纸了解到绞龙轴后端现安装轴承为6207深沟球轴承，此类轴承是机械工业中使用最为广泛的一类轴承，摩擦系数小，极限转速高，主要承受径向负荷，可在增大轴承径向游隙时具有一定的角接触球轴承的性能，可以承受一定量的轴向负荷，缺点是不耐冲击，不适宜承受重载荷[4]。那么此处经常断裂，可能是因为承受了过载载荷，为此专家借助仪器分别对馒头机未加面时空载及加面后工作状态进行数据测量。表1、表2分别为馒头机未加面时空载状态和加面之后工作状态的测量数据结果，此时馒头机额定输入功率为3.8 kW，额定频率为50 Hz，定电压为380 V，配用电动机为3 kW，出面温度为31 ℃。

表1 馒头机未加面时空载状态测量数据汇总（仪器：数字钳形表266C）

表2 馒头机加面之后工作状态测量数据汇总（仪器：数字钳形表266C）

另外，本次实验还对馒头机使用时的振动噪声进行了测试，结果如表3所示。

表3 振动噪声测试（仪器：便携式数字测振仪、HS5660A型精密脉冲声级计）

2 分析数据得到解决方案

分析以上数据可以获得以下信息：

1）设备空载电流大，空载电流平均达到5.5 A。

2）当把设备链轮拆除后，电流平均达到5.4 A，说明减速机效率低。

3）和面时，电流平均达到5.8 A，正常出面时电流平均达到6 A。

4）噪声较大，但在国家标准范围内，小于84 dB。

5）如果设备出口夹杂有硬面团（干面），电流快速可达到12 A，严重超负荷。

6）由以上数据可知，设备空载和正常运转时，电流变化较小，在1 A左右变化。

从以上信息可以得出鲜明结论：轴承断裂的根本原因是超负荷。排除安装不当引起的点蚀失效，通过载荷接触疲劳公式计算[5]，动载荷和基本额定寿命极限转速轴承在设备夹杂干面情况下发生的失效影响了轴承使用寿命，即绞龙左端现使用的6207深沟球轴承，所以不再适宜现在的工作范围，应该更换。

接触疲劳载荷的计算公式：

滚动轴承径向基本动载荷额定值计算公式：

在考虑其他轴承时，能够承受重载荷是关键依据。调心球轴承因为在结构上二条滚道的内圈和滚道为球面的外圈之间，装配有鼓形滚子的轴承[6]。外圈滚道面的曲率中心与轴承中心一致，所以具有与自动调心球轴承同样的调心功能。在轴、外壳出现挠曲时，可以自动调整，不增加轴承负担[7-8]。调心滚子轴承可以承受较大径向负荷及两个方向的轴向负荷。径向负荷能力大，适用于有重负荷、冲击负荷的情况。当轴受力弯曲或倾斜而使内圈中心线与外圈中心线相对倾斜不超过1°~2.5°时，轴承仍能工作[9]。

3 结论及建议

综合以上意见，考虑测试数据及结构情况给出建议：1）将左端的6 2 0 7深沟球轴承更换为1207K+H207调心球轴承；2）在设备使用说明书上严格提示：绝不允许在绞龙中出现硬面团（干面）[10]；3）在设备电器部分加装电流测控仪，工作电流可设定为8 A，一旦电流超出设定值，设备报警停机，实现超载保护；4）将现用的减速机更换为其他厂家的减速机。设备电机功率是4 kW，正常工作时，符合要求。齿轮减速机效率一般为0.9左右，蜗轮蜗杆减速机效率为0.5左右，摆线针轮减速机效率为0.9左右，厂家选用的是摆线针轮减速机。