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作者：周巧生 葉平中國礦業(yè)大學(xué)機電學(xué)院
摘要巨龍集團φ5．8 m×97 m回轉(zhuǎn)窯雙邊緣傳動裝置聯(lián)軸器的彈位膜片在2003年春夏雨季連續(xù)三次斷裂，經(jīng)查，膜片斷裂不是其本身許用擠壓強度和扭轉(zhuǎn)強度不夠，而是聯(lián)軸器存在安裝誤差超標(biāo)和絞孔工藝不當(dāng)造成的。針對膜片斷裂的真實原因采取措施后，新安裝的彈性膜片已使用N3年，而無任何開裂現(xiàn)象。
關(guān)鍵詞傳動膜片開裂原因處理措施
1膜片開裂情況
巨龍集團(原淮海水泥廠)從羅馬尼亞引進(jìn)的φ5．8 m×97 m回轉(zhuǎn)窯，設(shè)計產(chǎn)量為3 000t/d，現(xiàn)經(jīng)過改造已達(dá)3 700t/d。采用500 kW×2雙邊緣傳動(見圖1)，其聯(lián)軸器是傳遞扭矩的關(guān)鍵零件，本系統(tǒng)選用彈性膜片聯(lián)軸器，它屬于無間隙聯(lián)軸器，因而對緩和沖擊、減少振動的功能十分優(yōu)越。原彈性膜片是羅馬尼亞原始安裝配套產(chǎn)品，由于各種原因，長期存在微裂現(xiàn)象，但不至于影響正常生產(chǎn)。
2002年6月以來，由于膜片開裂加劇，在9月檢修時，對彈性膜片(圖2)進(jìn)行過全部更換，使用的仍是原庫存羅馬尼亞備件，但在使用過程中很快又出現(xiàn)了裂紋。2003年2月、6月、7月連續(xù)出現(xiàn)3次嚴(yán)重斷裂。每次出現(xiàn)斷裂，都須停窯停產(chǎn)，這是設(shè)備運轉(zhuǎn)的很大隱患。
2膜片開裂原因分析
2．1材料力學(xué)性能研究
我們從突然斷裂的舊膜片上取樣，到高校進(jìn)行材質(zhì)成分化驗，對比國內(nèi)外材料化學(xué)成分和機械性能，我們判斷其材質(zhì)接近國內(nèi)A3鋼。根據(jù)現(xiàn)場的工況條件，建立力學(xué)模型，對彈性膜片的許用擠壓強度及膜片的扭轉(zhuǎn)變形量和扭轉(zhuǎn)強度進(jìn)行理論校核，我們發(fā)現(xiàn)膜片的本身許用擠壓強度及扭轉(zhuǎn)強度是足夠的。
2．2安裝位置檢查
按照常規(guī)觀念考慮，彈性膜片的開裂僅是其本身問題，分析問題也只會針對彈性膜片本身，而不會全面考慮其它問題。而這次我們不但研究彈性膜片本身，我們還對整個傳動系統(tǒng)甚至窯系統(tǒng)支撐裝置進(jìn)行了系統(tǒng)分析。
從理論上講，膜片聯(lián)軸器的可靠性相當(dāng)高，使用壽命應(yīng)該相當(dāng)長，但如果安裝誤差很大，作為彈性元件，在受反復(fù)疲勞應(yīng)力的作用下，特別是在銹蝕以后，使用一段時間極易開裂。2002年以前，由于回轉(zhuǎn)窯托輪軸瓦發(fā)熱頻繁，我們曾多次對托輪的擺放位置進(jìn)行調(diào)整。我們懷疑在這些事故處理中聯(lián)軸器安裝數(shù)據(jù)均超差。基于此我們在2003年的大修中，對聯(lián)軸器以及大小齒輪、托輪擺放位置進(jìn)行了測量(見表1)。
表1調(diào)整前測量數(shù)據(jù)(mm)
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項目 |
a |
b |
C |
聯(lián)軸器距離 |
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齒頂隙 |
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上 |
西 |
下 |
東 |
熱態(tài) |
冷態(tài) |
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東側(cè) |
2412 |
2432 |
2411 |
3107 |
3105 |
3102 |
3105 |
3.008 |
1.556 |
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西側(cè) |
3112 |
3118 |
3110 |
3105 |
5.743 |
2.246 |
仔細(xì)研究表1數(shù)據(jù)會發(fā)現(xiàn)：聯(lián)軸器部分測量的數(shù)據(jù)均超差嚴(yán)重，現(xiàn)場安裝條件使膜片的實際擠壓強度和扭轉(zhuǎn)強度超標(biāo)，膜片的實際變形量已遠(yuǎn)超過其許用扭轉(zhuǎn)變形量，從而造成其在使用中發(fā)生斷裂。
2．3絞孔工藝不當(dāng)
般的膜片的聯(lián)結(jié)螺栓有2種形式，一種是間隙配合，把合緊固后，靠摩檫力來傳遞動力；另一種是絞孔過盈配合，靠過盈配合來承受扭矩。而我們在原來安裝的時候，絞孔工藝編排有問題，孔和銷子都是先加工好，后在現(xiàn)場直接安裝，為了避免安裝困難，選用間隙配合，且間隙量偏大，從而在反復(fù)交變力的情況下，造成膜片疲勞開裂。
3解決措施
3．1優(yōu)化膜片材質(zhì)和結(jié)構(gòu)
我們請教對彈性膜片比較有生產(chǎn)制造經(jīng)驗的某齒輪廠研究所，國內(nèi)彈性膜片一般采用A3鋼，但也可以選擇性能更優(yōu)越的材料，最終我們確定選用08．AL作為彈性膜片材質(zhì)。此外，彈性膜片原結(jié)構(gòu)中間是實心不帶孔的結(jié)構(gòu)，在理論計算的基礎(chǔ)上，我們又咨詢過高校，認(rèn)為開孔式結(jié)構(gòu)有利于應(yīng)力釋放，于是改變了其結(jié)構(gòu)形式(如圖3)，增加內(nèi)圈一個應(yīng)力釋放孔。
3．2系統(tǒng)重新調(diào)整找正
按照以往傳統(tǒng)工作思路，在回轉(zhuǎn)窯正常運轉(zhuǎn)停窯檢修的情況下，大家不會輕易調(diào)整任何托輪的擺放位置，特別是Ⅲ檔東部受力本身就大，調(diào)整不好極其容易引起軸瓦發(fā)熱；此外，在冷態(tài)下調(diào)整后，本來大小齒輪的齒頂嚙合間隙就偏小，調(diào)整不好可能引起打齒的風(fēng)險，但我們結(jié)合原檢查數(shù)據(jù)，在理論計算可行的基礎(chǔ)上我們大膽地對托輪的擺放位置進(jìn)行調(diào)整。
首先，修磨大小齒輪的磨損嚴(yán)重的部位，為小齒輪保證齒隙、托輪調(diào)整打下基礎(chǔ)，然后，通過理論計算，為了對聯(lián)軸節(jié)進(jìn)行對中調(diào)整，合理調(diào)整了Ⅲ、Ⅳ檔的托輪和小齒輪的擺放位置，Ⅳ檔西托輪東進(jìn)13 mm，Ⅲ檔東、西托輪各進(jìn)4．min，西北小齒輪軸承座東進(jìn)10 1Tlin，從而保證彈性膜片的受力處于合理范圍內(nèi)(調(diào)整后數(shù)據(jù)見表2)，從而從根本上解決了膜片斷裂問題。實踐證明了其正確性。
表2調(diào)整后測量數(shù)據(jù)(mm)
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項目 |
a |
b |
C |
聯(lián)軸器距離 |
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齒頂隙 |
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|
上 |
西 |
下 |
東 |
熱態(tài) |
冷態(tài) |
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東側(cè) |
2415 |
2415 |
2413 |
3106 |
3105 |
3103 |
3105 |
4.117 |
1.755 |
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西側(cè) |
3112 |
3112 |
3110 |
3100 |
5.769 |
3.097 |
3．3合理編排鉸孔工藝
在彈性膜片安裝時，針對彈性膜片是否每一個孔都需配絞的問題，我們經(jīng)討論決定，增加4個工藝孔，內(nèi)兩圈孔一半采用鉸配，一半孔采用間隙配合，外圈增設(shè)10個鉸配孔(見圖3)，并且都要求在現(xiàn)場安裝時鉸配。此種工藝的半數(shù)間隙配合孔，保證了傳遞動力的摩檫力，另半數(shù)鉸配孔的過盈配合，保證能夠承受足夠扭矩。
4使用效果
設(shè)備安裝試運轉(zhuǎn)正常，運轉(zhuǎn)至今(近3年)．彈性膜片未再出現(xiàn)任何開裂現(xiàn)象，徹底解決了彈性膜片開裂問題。此彈性膜片在2003年6月更換后不到1個月，就出現(xiàn)嚴(yán)重的斷裂，按照此頻率至2003年年底將至少因此更換5次。而在我們的細(xì)心全面的研究處理后，避免了斷裂事故的發(fā)生。按照每次20萬元的備件和維修費用計算，至少當(dāng)年節(jié)約了5次的備件費用和施工費近10O萬元；更主要的是減少了停窯次數(shù)，延長了磚的使用壽命，帶來運行成本降低和熟料產(chǎn)量提高的間接效益。 | 
