球磨机出料中空轴与出料螺旋筒法兰联接螺栓断裂的处理方案

　　摘要：球磨机出料中空轴与出料螺旋筒法兰联接螺栓频繁断裂。在处理这一故障时，为避免磨机长时间停机，能够最终靠合理控制出料中空轴与螺旋筒装配区域的装配间隙的方法来快速解决。

　　我公司生产线月开始安装，调试合格后于2007年8月正式投入到正常的使用中。正常运行至2012年1月，磨机中空轴与出料螺旋筒法兰联接处的16根M30×120螺栓开始频繁断裂，在频繁更换磨机螺栓的过程中影响了磨机的正常生产。为解决这一问题，公司组织专业方面技术人员对螺栓频繁断裂的原因进行了分析和总结，查找出了具体原因并予以处理，效果良好。

　　现场观察，螺栓的断裂面大部分集中在六角头根部，断裂面较平直，表明六角头根部所受应力较为集中。应力是如何聚集在螺栓尾部的，成为解决螺栓断裂问题的关键所在。

　　分析磨机出料装置图纸时发现，磨机出料中空轴与出料螺旋筒有一个紧密配合的区域(如图1所示)，在装配区内，考虑热膨胀(工作时候的温度100 ℃左右)，中空轴与螺旋筒留有一定的膨胀间隙，当热量传递到螺旋筒时，螺旋筒与中空轴装配部位的热膨胀，使得两者能够恰好紧密配合。由于磨机已经连续运转了5年，磨机出料中空轴与出料螺旋筒装配位置的间隙由于磨损而过大，再加上出料螺旋筒法兰连接的出料回转筛在实际运行过程中是处于一种悬空状态(如图2所示)，螺栓在中空轴端所受的作用力F1大多数来源于中空轴连同螺旋筒及物料的重力的反作用力，在出料回转筛端所受的作用力F2大多数来源于回转筛及物料自重的反作用力。现实情况是中空轴连同螺旋筒及物料的重力要大于回转筛及物料自身的重力，即F1>

　　F2。这种情况下，螺栓与中空轴的接触面B成为了螺栓所受外力合力(F1-F2)的作用面。螺栓在外力合力的作用下，作用面B上承受着大量的非均衡载荷，从而造成应力在此接触面的应力集中，当磨机运转时，中空轴会出现径向跳动和轴向窜动较大的情况，伴随有不规律的摆动，长时间的运行，就会导致连接螺栓承受较大的拉应力和剪切力，从而出现频繁断裂的现象。

　　通过加工新的螺旋筒，严控好螺旋筒与中空轴装配部位的尺寸误差，保证两者的装配精度，使螺旋筒与中空轴装配紧密，消除连接法兰处的非均衡载荷。

　　从外部设置点，对中空轴的悬空部分做固定。在螺旋筒3个均分点上焊接上螺栓，使之与螺旋筒成为一个整体，利用螺栓与中空轴接触配合来代替螺旋筒与中空轴的接触配合。利用这3根螺栓作为与中空轴接触的支撑点，当3条螺栓被拧紧并与中空轴紧密配合时，螺旋筒也自然地与中空轴紧密配合，从而避免出料螺旋筒在出料中空轴中出现悬空现象(如图3所示)。

　　由于公司的几台磨机不同程度都存在出料中空轴与出料螺旋筒法兰联接螺栓断裂的相同问题，要想完全解决这个问题，可以对中空轴和螺旋筒的结构可以进行改造。在中空轴与螺旋筒的出料端再增加一处中空轴和螺旋筒的装配部位(如图4所示)，加大螺旋筒与中空轴装配接触面积，降低由于中空轴与螺旋筒装配间隙大而引起的螺旋筒悬空的机率，避免螺旋筒在中空轴连接法兰处产生集中的非均衡载荷。

　　方案一存在两个问题，一是由于中空轴与螺旋筒的装配部位都出现了不同程度的磨损，两者的装配尺寸测量难度较大，不能确定精确的螺旋筒加工尺寸，加工难度较大;二是出料螺旋筒加工周期较长(有毛坯的情况下，厂家最快5~7天)。

　　方案二易操作，磨机检修停机时间短，2个小时左右就能处理完毕，但由于结构相对比较简单，有极大几率会出现紧固不牢靠的现象。

　　方案三的特点是：中空轴与出料螺旋筒在装配上控制起来难度较大，但改造中空轴和螺旋筒的结构后，中空轴与出料螺旋筒法兰联接螺栓在联接中整体承受着均匀载荷，不存在应力集中现象，可以从根本上消除连接螺栓频繁断裂的病根。

　　我厂通过认真地研究，采用了第二套方案。具体实施过程如下：沿着物料出料方向，在磨机出料中空轴与出料螺旋筒装配位置的右侧60 mm位置，以此位置点A为中心，在出料螺旋筒筒壁上沿周向分120°依次开3个Φ50的圆口，将M48螺母的中心与上述A点中心对齐，并将3个螺母依次焊接到出料螺旋筒壁上，取3条M48×240螺栓，螺纹长度100 mm，将3条螺栓依次与3个螺母配合，逐步拧紧螺栓(如图5所示)。实施此方案后，效果良好，磨机至今已正常运作6个多月，除在日常有停机机会检查3处顶紧螺栓的紧固情况并及时进行紧固或更换外，从未再发生过螺栓断裂事故。

　　简单的处理方案，起到了良好的实际应用效果，使得我公司磨机此类故障可以在极短的时间内得到很好的控制和解决，保障了磨机的正常运转，同时大幅度的降低了停机时间和材备费用。当然，要想根治此类设备隐患，还需从结构上进行一定的改进，合理地对中空轴和螺旋筒的装配结构给予改造，彻底消除这类设备隐患。