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        回轉(zhuǎn)窯托輪竄軸原因分析及處理

        2016-07-13 08:20:30白文生
        水泥技術(shù) 2016年2期
        關(guān)鍵詞:托輪過盈過盈量

        白文生

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        回轉(zhuǎn)窯托輪竄軸原因分析及處理

        白文生

        回轉(zhuǎn)窯在現(xiàn)場運行過程中,可能會出現(xiàn)托輪竄軸事故。本文結(jié)合理論計算、制造加工因素、現(xiàn)場實際運行因素等,對事故原因進行了分析,并給出了解決方案及建議。

        托輪;竄軸;原因;處理

        回轉(zhuǎn)窯是水泥燒成設(shè)備的核心,其正常運轉(zhuǎn)是保證水泥廠生產(chǎn)的關(guān)鍵?;剞D(zhuǎn)窯筒體上套有矩形輪帶,輪帶將窯筒體、窯襯、物料等所有重量通過托輪傳到托輪支承裝置上。托輪與托輪軸之間通過過盈配合傳遞力。在運轉(zhuǎn)過程中,托輪與托輪軸配合處發(fā)生軸向移動,稱為竄軸。竄軸會對設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)產(chǎn)生嚴重影響,甚至會發(fā)生重大事故,因此一旦發(fā)現(xiàn)竄軸,操作人員必須及時停機并處理。

        某水泥廠在2010年發(fā)生過一起竄軸事故。本文現(xiàn)結(jié)合現(xiàn)場實際情況,對其竄軸的原因進行如下分析:

        1托輪竄軸原因分析

        1.1理論計算[1](按托輪與軸的溫度相同計算):

        已知條件:

        托輪與托輪軸的裝配方式:熱裝法;

        托輪與托輪軸的配合:?850H7/t7;

        托輪材料:ZG42CrMo,正火加回火;

        托輪軸材料:45號,調(diào)質(zhì);

        托輪外徑da=2 400mm;

        托輪與托輪軸配合直徑df=850mm;

        托輪軸實心;

        配合長度Lf=1 050mm;

        托輪表面粗糙度Raa=0.003 2mm;

        托輪軸表面粗糙度Rai=0.001 6mm;

        被聯(lián)接件的摩擦副的摩擦系數(shù)μ=0.11;

        托輪和托輪軸材料的彈性模量Ea=Ei=210 000MPa;

        托輪和托輪軸材料的泊松比νa=νi=0.3;

        托輪材料的屈服點σsa=343MPa;

        托輪軸材料的屈服點σsi=345MPa;

        傳遞的軸向力Fx=(582 555~776 740)N。

        計算結(jié)果如下:

        圖1 托輪與托輪軸配合處設(shè)計尺寸

        (1)傳遞載荷所需的最小有效過盈量:δmin=0.017 5~0.023 3mm。

        (2)被連接件不產(chǎn)生塑性變形所允許的最大有效過盈量:δemax=1.57mm。

        (3)托輪與托輪軸配合的驗證,根據(jù)托輪與托輪軸配合得出:

        最小過盈量:[δmin]=0.53mm

        最大過盈量:[δmax]=0.71mm

        [δmin]>δmin,滿足保證過盈連接傳遞給定載荷要求

        [δmax]<δemax,滿足保證連接件不產(chǎn)生塑性變形要求

        (4)過盈連接的最小傳遞力驗證:

        Ftmin=17 148 478N

        因為Ftmin>Fx,所以托輪與托輪軸配合處的設(shè)計是合理的。

        1.2加工時托輪與托輪軸的偏差

        如果加工時,托輪與托輪軸的尺寸或形位公差沒有達到圖紙設(shè)計要求,配合面就會產(chǎn)生偏差△。如圖2、3所示。

        圖2 托輪與托輪軸裝配圖(1)

        圖3 托輪與托輪軸裝配圖(2)

        第一種情況:托輪及托輪軸在加工過程中出現(xiàn)了錐度,按圖2進行熱裝后造成過盈量在整個軸長范圍內(nèi)分布不均。

        第二種情況:托輪及托輪軸圓度公差沒有達到圖紙要求,出現(xiàn)橢圓,二者熱裝后造成過盈量在圓周長范圍內(nèi)分布不均(如圖3所示)。

        第三種情況:托輪與托輪軸尺寸公差沒有達到圖紙要求,托輪內(nèi)徑偏大,托輪軸外徑偏小,導致熱裝后實際過盈量小于最小設(shè)計過盈量。

        由Ft=[p]π dfLfμ,可以看出:當出現(xiàn)上述加工質(zhì)量問題時,df有效直徑變小,Lf有效配合長度變短,配合面所傳遞的力會成比例下降。

        1.3運轉(zhuǎn)時托輪與托輪軸配合面的溫差

        在回轉(zhuǎn)窯運行過程中,由于筒體熱輻射,輪帶與托輪接觸后會造成托輪與托輪軸之間出現(xiàn)溫度差。托輪與托輪軸受熱膨脹后,二者配合面膨脹量的不一致造成過盈間隙變小。通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,發(fā)現(xiàn)托輪與托輪軸的平均溫度差大約在30~50℃。在這種情況下,托輪與托輪軸之間的過盈量會減小。托輪和托輪軸配合面膨脹量偏差計算如下:

        △=αdf△t(1)

        式中:

        △——托輪與托輪軸配合面膨脹量偏差值,mm

        圖4 托輪竄軸后現(xiàn)場圖

        圖5 處理方案

        圖6 處理竄軸用材料

        圖7 現(xiàn)場焊接處理圖

        α——熱膨脹系數(shù),α=0.000 012mm/℃

        df——托輪與托輪軸配合面直徑,df=850mm

        △t——托輪比托輪軸平均溫度高30~50℃,即△t= 30~50℃

        代入公式后,求得△=0.306~0.51mm

        因為設(shè)計的最小過盈量[δmin]=0.53mm,最大過盈量:[δmax]=0.71mm,所以此時托輪與托輪軸配合處的最小過盈量值為0.02mm,已接近傳遞載荷所需的最小有效過盈量δmin,托輪與托輪軸配合面所傳遞的力下降。

        綜上所述,在溫差和加工偏差共同影響下,托輪與托輪軸配合面所傳遞的力下降,當配合面所傳遞的力小于外力值時就會發(fā)生竄軸事故。

        2事故的處理

        當托輪發(fā)生竄軸(見圖4紅線圈出部分)后,現(xiàn)場必須停機處理,以免托輪沿托輪軸繼續(xù)移動,造成托輪與其他零部件磕碰,產(chǎn)生不必要的損失。根據(jù)上述事故原因分析結(jié)果,制定了圖5所示處理方案:即通過在托輪兩側(cè)焊接擋板和擋塊來吸收外力?,F(xiàn)場處理情況見圖6、圖7。該現(xiàn)場處理完成后,已運轉(zhuǎn)多年,沒有再次發(fā)生竄軸事故。實踐證明,上述對托輪竄軸事故的處理方案是可行的。

        3幾點建議

        (1)設(shè)計時,改變托輪與托輪軸的配合公差,建議過盈量控制在(0.008~0.01)df。

        (2)加工時,應(yīng)嚴格保證托輪與托輪軸配合面尺寸及直線度、圓度、圓柱度等公差要求,確保熱裝后配合面在長度及圓周方向過盈量均勻。

        (3)實際運行時,現(xiàn)場應(yīng)嚴格控制托輪表面溫度,減小托輪與托輪軸的溫差值。

        [1]成大先.機械設(shè)計手冊(第五版)第2卷[S].北京:化學工業(yè)出版社,2007.11.

        他山之石

        Cause Analysis and Treatment of Repositioning the Axle of Kiln Supporting Wheel

        TQ172.622.29

        A

        1001-6171(2016)02-0077-03

        通訊地址:中材裝備集團有限公司,天津300400;2015-07-19;編輯:呂光

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