脹緊連接套在燒結機主傳動的失效分析及對策

首鋼長冶鋼鐵有限公司 山西 長治 046000

1 前言

脹緊連接套(以下簡稱脹套)是通過擰緊12.9級高強度拉力螺栓,在內環與軸之間、外環與輪轂之間產生抱緊力實現機件與軸的無鍵連接。當承受負荷時,靠脹套與機件、軸的結合壓力及產生的摩擦力傳遞轉矩、軸向力或二者的復合載荷。冶金行業的燒結機主傳動、連鑄機中包車傳動等環境應用較多。由于其安裝在部件內部,出現前期隱患時不易被檢查發現,因此需對其失效情況進行總結分析,以便在設備安裝、使用過程中予以關注,避免造成設備非計劃停機。

2 脹套在燒結機主傳動應用中會出現傳遞扭矩失效，軸表面或輪轂內孔磨損等損壞

2020年初,長鋼公司4#燒結機主機頭輪傳動出現3組脹套(型號Z2-380×475)失效,導致燒結機停機檢修。分析脹套失效原因為：

(1)4#燒結機于2004年9月投產,2020年2月為儲備燒結礦增大了上料量、機速、主抽風機風量和電機運行頻率。對比投運前后參數：料批由日均363t/h,增加到日均383.2t/h,平均增加20.2t/h；機速由1.8m/min提高約8%達到1.9m/min；主抽變頻正常運行為35.5HZ,增加到44.6HZ。

(2)在拆除脹套外側隔環時發現,安裝脹套的軸與輪轂間隙內有大量減速器潤滑油流出,在安裝密封圈的輪轂內側表面有一處約5mm×5mm較大砂眼。脹套在長期傳遞大扭矩過程中產生疲勞變形,使得脹套與緊固件之間脹緊力下降,缺陷處密封失效,潤滑油經長年運行滲入脹套內套與軸之間,使得摩擦力進一步降低,不能克服主機扭矩增加而發生打滑。

(3)經查閱相關資料,同部位設備故障在其它鋼廠燒結機也曾出現過。2010年12月,某鋼鐵企業燒結機與脹套配合部位軸徑約有50%的接觸面出現溝狀磨損,最深處達1.5mm。通過對磨損部位進行表面處理,達到干凈、干燥、露原色后,分別涂抹高分子金屬修復材料恢復到原配合尺寸后進行了總裝配,用時12小時完成修復。

3 嚴格管控脹套安裝過程，做好零部件檢查，按安裝規范施工

(1)查驗零部件。脹套連接的設備一般是在現場裝配,這就需要建設方、施工方和監理方做好零部件檢查工作。檢查軸、輪轂、脹套、軸套等尺寸和表面粗糙度符合圖紙設計要求,且無銹蝕、無缺陷。

(2)清理零部件。在安裝脹套前,先對安裝位置進行清理,用油石打磨干凈各種小毛刺及尖角,再選擇四氯化碳清洗軸、脹緊套、大齒輪內孔等,并用清潔無油白布擦干后方可進行脹套安裝。

(3)規范安裝、緊固螺栓。在安裝螺栓前,用汽油清洗每條螺栓,用四氯化碳脫脂并吹干。用毛刷沾少量潤滑脂涂抹在螺栓絲扣上依次帶入,目的是防止絲扣及端頭產生干摩擦,影響螺栓實際擰緊程度,并使螺栓均勻受力,提高緊固效果(注意：禁止使用二硫化鉬類潤滑脂。由于鉬粉的摩擦系數很小,當脹套長期使用中,會引起環體部件打滑松動)。先讓每條螺栓處于松開狀態使脹套松弛,用軟鐵絲將開口處閉合箍好,用木錘輕輕振打外環將脹緊套平滑的裝入連接位置,不得傾斜。并注意脹套內環開口處向下,外環的開口處向上,相差180°,且各組脹套的外環開口位置互相間各錯開90°。脹套螺栓需用力矩扳手對角、交叉、均勻地擰緊,按規定力矩分四次擰緊,分別為1/3、1/2及規定的螺栓擰緊力矩擰緊,最后以規定螺栓擰緊力矩沿圓周方向檢查所有螺栓,保證各脹緊套的預緊力一致,受力均衡,如果有個別螺栓仍未鎖緊,必需重復以上步驟。

(4)控制減速器齒輪位置變化。在緊固螺栓過程中,要實時檢測軸與輪轂間距、齒輪位置變化等情況,以避免齒輪發生大的偏斜導致后期無法調整。選用內徑千分尺測量軸與輪轂孔上下左右內外側間距,并在齒輪外側垂直和水平位置放置至少4個百分表檢測齒輪軸向和徑向位置偏移情況,在安裝過程中所測間距和齒輪位置偏移控制在圖紙要求范圍內,并依據測量數據指導螺栓擰緊順序,避免遺漏。長鋼公司本次安裝圖紙要求為間隙小于0.05mm、齒輪偏移小于0.5mm,實際控制在間隙小于0.03mm,偏移小于0.4mm。

(5)密封可靠。脹套兩側密封為靜密封,是防止油水進入脹套的重要部件,因此在安裝前認真檢查密封圈及安裝位置無缺陷,在安裝過程中用木片輕輕將密封圈裝入。

4 設備維檢修中的幾點建議

(1)盡可能不過負載使用。脹套已實現標準化,設計時根據傳遞載荷的大小,按標準選擇合適的型號和軸、輪轂尺寸。如果生產過程中確實需增加負荷,必須限定負載大小,在安全的狀態下使用,否則就可能造成脹套失效。

(2)因脹套安裝在部件內部,日常無法檢查,建議結合日常生產負荷,利用燒結機設備的大修周期進行定期更換。

(3)做好脹套日常成套儲備,并按要求做好防銹工作,必要時采用塑料袋密封。如設備選用多套脹套,則同時儲備同一廠家、同等套數的脹套,避免新舊搭配使用。因為,多個脹套串聯使用時,單個脹套傳遞載荷的能力隨著脹套數目的增加而降低,其總的額定載荷需乘以額定載荷系數(如Z2型,選用2個脹套,則額定載荷系數為1.8,3個脹套為2.7)。如果使用舊件,額定載荷系數還需向下調整,選用同等數量脹套可能無法達到原設計要求。

5 結束語

脹套在大型設備中選用具有不需熱壓配合,互換性好,避免了軸與輪轂開鍵槽后產生的應力集中,在超載時可以保護設備不受損壞等優點,在各個行業得到廣泛應用。但大型設備因脹套損壞對生產系統影響較大,因此必須在安裝、運行過程中按規范操作,避免出現脹套失效的情況發生。