何愛國
（山東魯碧建材有限公司鳳城分公司，山東萊蕪271103） 

0 引言
    我公司生產線Φ3.2 m×13 m水泥磨機于2006年8月開始安裝，調試合格后于2007年8月正式投入使用。正常運行至2012年1月，磨機中空軸與出料螺旋筒法蘭聯接處的16根M30×120螺栓開始頻繁斷裂，在頻繁更換磨機螺栓的過程中影響了磨機的正常生產。為解決這一問題，公司組織專業技術人員對螺栓頻繁斷裂的原因進行了分析和總結，查找出了具體原因并予以處理，效果良好。

1 斷裂原因分析
    現場觀察，螺栓的斷裂面大部分集中在六角頭根部，斷裂面較平直，表明六角頭根部所受應力較為集中。應力是如何聚集在螺栓尾部的，成為解決螺栓斷裂問題的關鍵所在。

    分析磨機出料裝置圖紙時發現，磨機出料中空軸與出料螺旋筒有一個緊密配合的區域（如圖1所示），在裝配區內，考慮熱膨脹（工作溫度100 ℃左右），中空軸與螺旋筒留有一定的膨脹間隙，當熱量傳遞到螺旋筒時，螺旋筒與中空軸裝配部位的熱膨脹，使得兩者能夠恰好緊密配合。由于磨機已經連續運轉了5年，磨機出料中空軸與出料螺旋筒裝配位置的間隙由于磨損而過大，再加上出料螺旋筒法蘭連接的出料回轉篩在實際運行過程中是處于一種懸空狀態（如圖2所示），螺栓在中空軸端所受的作用力F1主要來自中空軸連同螺旋筒及物料的重力的反作用力，在出料回轉篩端所受的作用力F2主要來自回轉篩及物料自重的反作用力。現實情況是中空軸連同螺旋筒及物料的重力要大于回轉篩及物料自身的重力，即F1＞F2。這種情況下，螺栓與中空軸的接觸面B成為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上承受著大量的非均衡載荷，從而造成應力在此接觸面的應力集中，當磨機運轉時，中空軸會出現徑向跳動和軸向竄動較大的情況，伴隨有不規律的擺動，長時間的運行，就會導致連接螺栓承受較大的拉應力和剪切力，從而出現頻繁斷裂的現象。

2 解決方案
2.1 方案一：更換出料螺旋筒
    通過加工新的螺旋筒，嚴格控制好螺旋筒與中空軸裝配部位的尺寸誤差，保證兩者的裝配精度，使螺旋筒與中空軸裝配緊密，消除連接法蘭處的非均衡載荷。

2.2 方案二：緊固出料螺旋筒與中空軸的配合
    從外部設置點，對中空軸的懸空部分進行固定。在螺旋筒3個均分點上焊接上螺栓，使之與螺旋筒成為一個整體，利用螺栓與中空軸接觸配合來代替螺旋筒與中空軸的接觸配合。利用這3根螺栓作為與中空軸接觸的支撐點，當3條螺栓被擰緊并與中空軸緊密配合時，螺旋筒也自然地與中空軸緊密配合，從而避免出料螺旋筒在出料中空軸中出現懸空現象（如圖3所示）。

2.3 方案三：改進中空軸與螺旋筒的裝配結構
    由于公司的幾臺磨機不同程度都存在出料中空軸與出料螺旋筒法蘭聯接螺栓斷裂的相同問題，要想徹底解決這個問題，可以對中空軸和螺旋筒的結構進行改造。在中空軸與螺旋筒的出料端再增加一處中空軸和螺旋筒的裝配部位（如圖4所示），加大螺旋筒與中空軸裝配接觸面積，降低由于中空軸與螺旋筒裝配間隙大而引起的螺旋筒懸空的機率，避免螺旋筒在中空軸連接法蘭處產生集中的非均衡載荷。

3 方案分析
    方案一存在兩個問題，一是由于中空軸與螺旋筒的裝配部位都出現了不同程度的磨損，兩者的裝配尺寸測量難度較大，不能確定精確的螺旋筒加工尺寸，加工難度較大；二是出料螺旋筒加工周期較長（有毛坯的情況下，廠家最快5~7天）。

    方案二易操作，磨機檢修停機時間短，2個小時左右就可以處理完畢，但由于結構簡單，可能會出現緊固不牢靠的現象。

    方案三的特點是：中空軸與出料螺旋筒在裝配上控制起來難度較大，但改造中空軸和螺旋筒的結構后，中空軸與出料螺旋筒法蘭聯接螺栓在聯接中整體承受著均勻載荷，不存在應力集中現象，可以從根本上消除連接螺栓頻繁斷裂的病根。

4 方案實施
    我廠通過認真地研究，采用了第二套方案。具體實施過程如下：沿著物料出料方向，在磨機出料中空軸與出料螺旋筒裝配位置的右側60 mm位置，以此位置點A為中心，在出料螺旋筒筒壁上沿周向分120°依次開3個Φ50的圓口，將M48螺母的中心與上述A點中心對齊，并將3個螺母依次焊接到出料螺旋筒壁上，取3條M48×240螺栓，螺紋長度100 mm，將3條螺栓依次與3個螺母配合，逐步擰緊螺栓（如圖5所示）。實施此方案后，效果良好，磨機至今已正常運轉6個多月，除在日常有停機機會檢查3處頂緊螺栓的緊固情況并及時進行緊固或更換外，從未再發生過螺栓斷裂事故。

5 結束語
    簡單的處理方案，起到了良好的實際應用效果，使得我公司磨機此類故障可以在短時間內得到很好的控制和解決，保障了磨機的正常運轉，同時大大降低了停機時間和材備費用。當然，要想根治此類設備隱患，還需從結構上進行一定的改進，合理地對中空軸和螺旋筒的裝配結構給予改造，徹底消除這類設備隱患。