陳小錄
（浙江富春紫光環保股份有限公司）

　　摘　要：本文對杭鋼燒結四（sì）輥破碎機出現主軸（zhóu）斷裂故障的成（chéng）因進行分析，提出了環形鍥零件分割成三塊等分的扇形角為120°鍥型塊進（jìn）行裝配，使主軸強度和承載載（zǎi）荷得到很（hěn）大的提高，解決了（le）四輥斷裂的現象。

　　關鍵詞（cí）：四輥斷裂，扇形鍥型塊，解決方法
　　一、引言：
　　燒結四（sì）輥破碎機的工作原理是依靠輥子表麵的摩擦力（lì）把物（wù）料帶入兩輥的工作腔中，通過擠壓和剪（jiǎn）切力（lì）使物料被碾研而破碎。在這個過程，四（sì）輥主軸承（chéng）受很大（dà）的（de）交變載荷彎（wān）曲應力和剪應力（lì）。圖一是（shì）破碎機（jī）輥子（zǐ）部分運動的示意圖。

圖1 四輥破碎示意圖

　　燒結四輥破碎機從2007年7月和2008年2月（yuè）曾發生兩次四輥斷裂大故障。兩（liǎng）次斷裂麵都（dōu）發生在靠近（jìn）大輪轂軸頸（jǐng）直徑Φ325mm和直徑Φ290mm的（de）交接（jiē）過渡（dù）麵。發生在2008年2月另一組的其（qí）中一根四輥主軸斷裂，雖然斷裂麵與前次在同一處，然而發（fā）現（xiàn）這次輥皮內圓柱麵與大輪轂外圓柱麵的配合不僅沒有發現絲毫鬆動，而且相當（dāng）緊，說明有不小的配合過盈量。那麽說明主軸斷裂另有原因。於是對每一個拆開零件進行仔細（xì）觀察，發現環形鍥外圓錐麵與輥皮內圓錐麵有（yǒu）很好的接觸，而環形鍥（qiè）內圓柱麵與小輪轂（gū）外圓（yuán）柱麵接觸不好或者根本沒有接觸，兩個配合麵上還有一（yī）層鏽蝕的氧化皮。這問題說明了在修複裝配後兩配合（hé）麵有間隙存在。（圖二）難道這間隙是第二（èr）次四（sì）輥斷裂的主（zhǔ）要（yào）原因？

圖2

　　結合兩次四輥斷裂存在不同情（qíng）況進行研究分析，采取了把原整體型的環形鍥分別割（gē）開（kāi）成三塊等分的扇形角為120°鍥型塊，按原先安裝環形鍥的對應位置進行（háng）裝配，消除（chú）了（le）裝配後的間隙（xì），成功地解決四輥（gǔn）斷裂這一大（dà）故障。
　　二、故障成因分析及改進
　　四輥（gǔn）主軸裝配過程有一（yī）個裝配環節就是裝（zhuāng）配環形鍥。環形鍥是整體型，為了便於（yú）裝配，環形（xíng）鍥的內圓柱麵直徑比小輪轂的外圓柱麵直徑大0.02～0.04mm。所以在零件加工（gōng）後的按原始尺寸精度配合（hé）存有微（wēi）量的間隙。但（dàn）是為了消除這一間隙，在平行於環形鍥軸心線切出寬20mm使其不能封閉（bì）的一條（tiáo）槽（cáo）。在廠家（jiā）設計時，本人（rén）認為這槽起到的作用在於安裝過程，擰緊環形鍥（qiè）與（yǔ）大輪轂連接螺栓螺母時，環形鍥產生軸向移動。此時輥皮的內圓錐擠壓環形（xíng）鍥外圓錐麵，使（shǐ）環（huán）形鍥受擠壓（yā）產生微量變形，從而使環形鍥內（nèi）圓柱麵直徑縮小，抱緊小（xiǎo）輪轂外圓柱麵，可靠的接觸（chù）擠壓過盈，增加表麵的（de）摩擦力，確保四輥（gǔn）主軸剛性（xìng）和強度（dù）。
　　可想而（ér）知，初次在安裝上是符合設計並能滿足這一要求的。但（dàn）在潮濕物料的破碎作（zuò）業環境下難（nán）免會產生氧化鏽蝕層。所以（yǐ）每更換一次輥皮（pí），零件配合（hé）麵經過除鏽清汙氧化層的剝離，裝配後這間隙也逐漸在增大。用塞尺進（jìn）行測量（liàng），環形鍥（qiè）的內圓柱麵與小輪轂的外圓柱麵配合（hé）處間隙有大有小，有的0.30mm，有的0.50mm，甚至更（gèng）大。這間隙大了，即便擰緊連接螺栓螺母，環形鍥受擠壓發生Z大極限彈性變形的（de）其內圓柱麵直徑仍舊大於小輪轂外（wài）圓柱麵直徑，就會產生縫（féng）隙（xì）（間隙）。這間隙會導致四輥破碎碾（niǎn）研物料時（shí）改變主軸受力狀況，使直徑Φ325mm與Φ300mm交接過渡麵集中力（lì）成倍增大，隨（suí）之彎矩、剪力也增（zēng）大，並產（chǎn）生一定的集中力偶。
　　這（zhè）個間隙存在，假設（shè）四輥運行時主軸承載的載荷為P單位為千牛（kN），根據主軸受力進行分（fèn）析，由剪力公（gōng）式畫出剪力圖情況如下（圖三）。Z大剪力為主軸載（zǎi）荷P

　　圖3

　　由彎（wān）矩公式畫出（chū）彎矩（jǔ）圖情況如下（圖四）。

　　圖4

　　如圖三、圖四所示受集中力P的作用，作出（chū）的（de）剪力圖與彎（wān）矩圖。根據在集（jí）中力P的作用下，剪力發生（shēng）突變，其（qí）突變值就等（děng）於集中力的數值P；彎矩連續，但（dàn）彎矩在此處出現折點。從受力圖（tú）看出C截麵，即直（zhí）徑Φ325mm和直徑Φ290mm的交接過渡截麵存在Z大的彎矩及Z大的剪（jiǎn）力。
　　現在把整體型的環形鍥分割開成三塊（kuài）等（děng）分（fèn）的扇形角120°鍥型塊按原來的對應位置裝（zhuāng）上，相鄰兩（liǎng）塊鍥型塊之間都割（gē）除有20mm的縫。此時在擰緊鍥型塊與（yǔ）小（xiǎo）輪轂的連接螺（luó）栓螺母，鍥型塊的產生軸向移動，其外圓錐麵受輥皮內圓錐麵製約，鍥型塊的內圓柱（zhù）麵直徑也（yě）隨著縮小。使鍥型（xíng）塊的內（nèi）圓柱麵與小輪轂的外圓柱麵，由接觸、緊密接觸、甚至過盈（過盈量的大小取決於連接螺栓（shuān）的螺母擰緊扭矩值）。消（xiāo）除了此處裝配後的間隙主軸受力會怎麽樣？如圖五

　　圖5

　　沒有間隙，假設四輥（gǔn）運（yùn）行時主軸承載的載荷為P單位為千牛（kN），根據主（zhǔ）軸受力進行分析，由（yóu）彎矩公（gōng）式畫出近似彎矩圖（tú）情況如下（xià），C、D截麵分別承載著原由C截（jié）麵單獨承載載（zǎi）荷P的一半，彎矩（jǔ）減小。（圖六（liù））

　　圖6

　　由剪力公式畫出近似剪力圖情況如下，C、D截麵分別承載（zǎi）著由原C截麵單獨承載載荷P的一半，主軸Z大剪力減小到（dào）原來的一半為0.5P。（圖七）

　　圖7

　　把四輥主軸裝配中改進前用整體環形鍥裝（zhuāng）配有間隙與改進後用三塊扇形角為120°鍥型塊裝配無間隙的主軸所受Z大彎矩和剪力相（xiàng）比（bǐ）較如（rú）下（xià）表一

表一

　　把（bǎ）整體環形鍥分割成（chéng）三塊等分的扇形角為120°的鍥型塊來（lái）裝配使四輥主軸受（shòu）力（lì）得（dé）到了合理（lǐ）分布。主軸所受Z大彎矩與（yǔ）剪力得到有效的降低。相對提高了主軸的承載載荷，四輥（gǔn）主軸強度（dù）能得以很大的（de）提高（gāo）。
　　三、改進後（hòu）的效果。
　　自從把整體型環形鍥分割成三等分扇形楔形塊進（jìn）行安裝，到目（mù）前，也就是2013年9月，長達五年之久，四輥主軸未發生一次截麵斷裂現象。四輥破碎機從此告別四輥主軸斷裂故障，四輥使用壽命周期成倍延長，節省了人力和（hé）物力，提高了四輥破（pò）碎（suì）機的設備作業率，其產生的經濟效益自然也不言而喻。
　　四（sì）、結束語
　　綜上所說，我對燒結破碎機四輥主軸斷裂這一特殊的（de）故障現象進行主軸受力分析，從根本上找出故障（zhàng）發生的原因，並將整體環形鍥分割成三塊等分的扇（shàn）形鍥型塊進行裝配，切實可行的技術措施解決了實際問題。
　　由於主軸部件是運動的轉動（dòng）體，所受（shòu）的力是一個複雜有關拉伸、壓縮、彎曲、扭轉、剪切等組合交變（biàn）的載荷的的過程，從單一作為承重梁來分析其彎曲與剪切力的變化，有一定的理論依據局限性，有不盡完善之（zhī）處。但我個人認為強度、承（chéng）載載荷的提高主要（yào）的因（yīn）素是環形（xíng）鍥改進成三塊（kuài）等分（fèn）扇形角120°鍥型塊進行裝配，解決了實質性的問題。
　　參考文獻
　　[1]吳德風主編，高等教育出版社，工程力學，1991.

來源：《中國科技博覽》2014年