混合機軸頭法蘭脫落主軸斷裂原因分析及處理探究

梁凱杰

摘? 要：文章以某工廠為例，對該工廠混合機軸頭法蘭脫落、主軸斷裂的原因進行分析。分析結果表明，設計不合理、選材不準確是導致問題出現的主要原因。為此，提出了優化混合機軸頭和主軸設計、重新選擇材料等建議，實踐結果表明，通過上述措施的應用，使混合機的質量問題得到了解決。

關鍵詞：軸頭法蘭;混合機;主軸斷裂

中圖分類號：TB472 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）06-0114-02

Abstract： This paper takes a factory as an example to analyze the causes of shaft head flange falling off and spindle breaking. The results show that unreasonable design and inaccurate material selection are the main causes of the problems. Therefore， the suggestions of optimizing the shaft head and spindle design and re-selecting materials are put forward. The practical results show that the quality problem of the mixer is solved by the application of the above measures.

Keywords： shaft head flange; mixer; main shaft fracture

引言

混合機是工業生產中的重要設備，如果在生產過程中，混合機出現質量方面的問題，就會對工業生產效率造成嚴重的影響，嚴重時，甚至會導致安全事故。軸頭法蘭脫落和主軸斷裂是混合機常見的質量問題，因此，分析問題產生的原因，并提出處理措施，其意義十分重大。

1 混合機軸頭法蘭脫落和主軸斷裂的原因分析

1.1 某企業混合機軸頭和主軸故障概述

某企業是一家生產鋼鐵的企業，其焦化廠混合機在工作一段時間后頻繁出現軸頭法蘭脫落、主軸斷裂等問題，這些故障的出現，影響了混合機的工作質量和效率，企業鋼鐵產量也隨之受到了影響。究其原因，主要是混合機屬于上煤線的重要組成部分，具有運輸煤炭的作用。其一旦出現故障，就會使焦爐用煤受到影響，再加上混合機具有較大的尺寸，在對其檢修過程中，必須要分解，故檢修時間較長，不利于企業的生產[1]。

此外，該企業所使用的混合機，由專業廠家設計，其輸送能力和混合能力可達900t/h，是國內最大的混合機，由于缺少參考，該設備在設計和生產階段，潛藏著一些安全隱患。因此，從結構和材質層面著手，分析混合機軸頭法蘭脫落和主軸斷裂的原因，有助于促進混合機的發展。

1.2 故障原因分析

混合機在工作過程中，需要滿足輸送和物料攪拌的需要，在這一前提條件下，兩端支撐成為其主軸支撐的主要方式，這種支撐方式，缺少中間支點，故兩點之間的跨度非常大，且主軸的重量也超過了2.5t。再加上主軸在運行過程中，需要承擔多種作用力，并且這些作用力會隨著物料輸送量的增加而加大，長期以往，就會導致主軸斷裂和軸頭法蘭脫落問題的出現。

1.2.1 混合機軸頭法蘭脫落故障的原因

據了解得知，混合機主軸兩端軸頭和法蘭配合直徑接近180mm，而配合長度為30mm，法蘭盤面直徑為620mm，二者存在一定的配合公差，其傳遞扭矩的方式為借助圓柱銷。此外，24個螺栓將軸頭法蘭和主軸法蘭連接為一個整體。

混合機在工作階段，所產生的交變應力相對偏高，主軸對軸頭連接法蘭會造成嚴重的拉扯，再加上軸頭和連接法蘭間的配合長度與規定不符，故在交變應用的影響下，法蘭脫落故障頻繁出現。

1.2.2 混合機主軸斷裂原因分析

（1）在混合機設計和制造過程中，生產廠家考慮到主軸容易在運輸物料過程中腐蝕主軸，故在實際制造時，選擇船用鋼板作為主軸材質。但這種選擇，雖然可以使主軸的抗腐蝕性能得到強化，但這種船用鋼板剛性有余，但彈性不足，在交變應力的長期影響下，主軸會不斷變形，最終就會導致斷裂問題的出現。

（2）企業所使用的混合機，其主軸結構為箱型結構，為了對主軸斷裂問題進行控制，維修人員在主軸上焊接了筋板結構，這種筋板結構由多塊腹板焊接而成，但實踐結果表明，這種筋板結構的使用，無法增強混合機主軸的強度，主軸變形問題依然存在。

（3）制造廠商在制造混合機時，過度注重了混合機主軸的耐蝕性和耐磨性，將保護板安裝到了主軸上，且安裝段數多達10段，導致每段結合處成為了應力集中點。

（4）主軸在工作過程中，會受到徑向力的影響，伴隨著運輸量的加大，這種徑向力所造成的影響會逐漸增加，致使主軸擺動幅度日漸加大，久而久之就會斷裂[2]。

在上述幾個因素的影響下，混合機主軸承擔的交變應力不斷加大，最終導致混合機在運行一段時間后，其主軸就會發生斷裂。

2 混合機軸頭法蘭和主軸的優化設計

通過上述分析可知，配合長度較短時導致混合機軸頭法蘭脫落問題的主要原因;而結構設計合理性差、材質選擇不合理以及主軸體積過大是導致主軸斷裂的原因。為此，筆者結合自身工作經驗，認為控制故障需要從設計層面著手，通過優化設計，延長配合長度、更換主軸材質，并對筋板進行強化。

2.1 使法蘭面和軸頭配合長度延長

2.1.1 企業可以對混合機軸頭舊有法蘭進行更換，以增加法蘭的厚度。

2.1.2 使用長度為15cm的套筒，并通過焊接的方式，將其固定在法蘭盤面，并在此基礎上焊接6塊筋板，提高法蘭盤面與套筒的整體性。

2.1.3 對舊有主軸進行改造，使其與法蘭配合的長度增加，改造后二者配合長度為210mm，相較于之前，增加了180mm，這樣一來，就會分散交叉應變力，使法蘭與軸頭的攔截更加牢固。此外，還需使用2個平鍵，對圓柱銷進行取代，其目的在于消除剪切和傳遞扭矩對軸頭的作用。

2.2 主軸的優化和設計

2.2.1 采用16Mn板材對舊有的船用鋼板進行取代，究其原因，主要是這種材質的剛性和彈性均符合制作主軸的需求。

2.2.2 在制作翼板時，可以使用厚度為11mm的鋼板，然后通過焊接的方式，促使變為X形主梁，然后將長度為6mm的筋板焊接到主梁的四周，然后在主軸的垂直方向焊接副筋板，焊接間隔為310mm。在焊接工作結束后，使用機床加工主軸，同時，保證加工的精度。本次優化設計后，主軸的腹板變為了鋼板，其厚度為15mm，然后使用打孔機在副筋板上打孔。在主梁上放置腹板，然后通過塞焊方法的使用，使腹板和副筋板鏈接為一個整體。此外，還要通過焊接的方式，使腹板兩邊與主梁保持連接狀態，最后完成兩端法蘭的焊接即可。

2.2.3 為了對主軸總重量進行控制，本次設計決定不再主軸上安裝保護板，然后對葉片進行了重新排布，這樣一來，就使葉片的數量減少了35片，主軸重量也隨之下降。為消除葉片減少對混合機工作性能的影響，可以改變葉片的形狀，促使其由矩形葉片變為扇形葉片，這樣一來，可以使葉片受料面積大幅度提升，有助于提升混合機的工作性能[3]。

3 防止混合機主軸斷裂的建議

3.1 組織培訓，提高工作人員的能力

為了對混合機主軸斷裂問題進行規避，建議企業定期組織培訓活動，提高工作人員的能力水平。這樣一來，方能讓工作人員在操控混合機時更加平穩，以減少混合機非正常停止的次數。應該將混合機的運行參數作為依據，制定標準的操作規范，要求工作人員嚴格遵守規范操作混合機，并在發現問題后，及時予以調整。

3.2 采用保護措施

為確保混合機工作運行的穩定，可以依據混合機的實際情況，采用保護措施，為工作人員發及時發現問題，創造有利的條件。比如：可以在混合機上安裝模頭壓力聯鎖，通過保護措施的使用，消除設備潛藏的安全隱患，增加其使用年限。

3.3 采取有效的改進措施

針對混合機主軸存在的問題，應運用有效的改進措施予以解決，改進措施包括以下幾點內容：

3.3.1 對主軸和端軸法蘭連接軸線的偏差和穩固性進行檢測，如果發現問題，應及時予以修正，這樣一來，方能實現對軸連接件軸線偏差的有效控制。

3.3.2 對混合機主軸及其首尾兩端支撐軸線對中情況加以檢測，明確因為工作振動而導致的軸線偏差，并在此基礎上予以校正。同時限制軸承座的位置，保證其不會在震動力的影響下發生位移，這里所說的軸承座指的是兩端支撐軸承座。此外，工作人員還應提高軸承座支撐的穩固性，避免震動對其性能造成影響。

3.3.3 使端軸強度得到提升。工作人員需要檢測混合機，將短軸作為重點檢測內容，保證其質量。然后，還要采取硬化處理的方式，對端軸進行處理，提高其硬度。之所以采取這種處理措施，主要是斷軸容易在作用力的影響下而損壞。

3.3.4 避免端軸帶動花鍵套在混合機內部的徑向擺動。可以將聯軸器設置到混合機和端軸的中間位置，借助聯軸器對徑向擺動產生的作用力進行削弱。建議企業采用SWC型萬向聯軸器。因為，這種聯軸器性能優越，且適用范圍廣泛。

4 結束語

綜上所述，混合機在工業生產中起到了非常關鍵的作用，其一旦出現故障，就會對生產質量和生產效率造成不利的影響。鑒于此，工作人員應該明確問題出現的原因，并采取使法蘭面和軸頭配合長度延長、對舊有主軸進行改造、采用16Mn板材取代舊有的船用鋼板和控制主軸重量等措施解決問題。

參考文獻：

[1]尚會超，李婷，付曉莉.基于視覺動力理論的減速機造型設計[J].包裝工程，2019，40（24）：168-173.

[2]鄭贛，劉淑梅，汪東升.基于神經網絡的法蘭軸冷擠壓成型工藝優化[J].輕工機械，2019，37（06）：16-20.

[3]阮科烽.混合機軸頭法蘭脫落主軸斷裂原因分析及處理[J].設備管理與維修，2019（16）：98-99.