混合机轴头法兰脱落主轴断裂原因分析及处理探究

梁凯杰

摘  要：文章以某工厂为例，对该工厂混合机轴头法兰脱落、主轴断裂的原因进行分析。分析结果表明，设计不合理、选材不准确是导致问题出现的主要原因。为此，提出了优化混合机轴头和主轴设计、重新选择材料等建议，实践结果表明，通过上述措施的应用，使混合机的质量问题得到了解决。

关键词：轴头法兰;混合机;主轴断裂

中图分类号：TB472 文献标志码：A         文章编号：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

混合机是工业生产中的重要设备，如果在生产过程中，混合机出现质量方面的问题，就会对工业生产效率造成严重的影响，严重时，甚至会导致安全事故。轴头法兰脱落和主轴断裂是混合机常见的质量问题，因此，分析问题产生的原因，并提出处理措施，其意义十分重大。

1 混合机轴头法兰脱落和主轴断裂的原因分析

1.1 某企业混合机轴头和主轴故障概述

某企业是一家生产钢铁的企业，其焦化厂混合机在工作一段时间后频繁出现轴头法兰脱落、主轴断裂等问题，这些故障的出现，影响了混合机的工作质量和效率，企业钢铁产量也随之受到了影响。究其原因，主要是混合机属于上煤线的重要组成部分，具有运输煤炭的作用。其一旦出现故障，就会使焦炉用煤受到影响，再加上混合机具有较大的尺寸，在对其检修过程中，必须要分解，故检修时间较长，不利于企业的生产[1]。

此外，该企业所使用的混合机，由专业厂家设计，其输送能力和混合能力可达900t/h，是国内最大的混合机，由于缺少参考，该设备在设计和生产阶段，潜藏着一些安全隐患。因此，从结构和材质层面着手，分析混合机轴头法兰脱落和主轴断裂的原因，有助于促进混合机的发展。

1.2 故障原因分析

混合机在工作过程中，需要满足输送和物料攪拌的需要，在这一前提条件下，两端支撑成为其主轴支撑的主要方式，这种支撑方式，缺少中间支点，故两点之间的跨度非常大，且主轴的重量也超过了2.5t。再加上主轴在运行过程中，需要承担多种作用力，并且这些作用力会随着物料输送量的增加而加大，长期以往，就会导致主轴断裂和轴头法兰脱落问题的出现。

1.2.1 混合机轴头法兰脱落故障的原因

据了解得知，混合机主轴两端轴头和法兰配合直径接近180mm，而配合长度为30mm，法兰盘面直径为620mm，二者存在一定的配合公差，其传递扭矩的方式为借助圆柱销。此外，24个螺栓将轴头法兰和主轴法兰连接为一个整体。

混合机在工作阶段，所产生的交变应力相对偏高，主轴对轴头连接法兰会造成严重的拉扯，再加上轴头和连接法兰间的配合长度与规定不符，故在交变应用的影响下，法兰脱落故障频繁出现。

1.2.2 混合机主轴断裂原因分析

（1）在混合机设计和制造过程中，生产厂家考虑到主轴容易在运输物料过程中腐蚀主轴，故在实际制造时，选择船用钢板作为主轴材质。但这种选择，虽然可以使主轴的抗腐蚀性能得到强化，但这种船用钢板刚性有余，但弹性不足，在交变应力的长期影响下，主轴会不断变形，最终就会导致断裂问题的出现。

（2）企业所使用的混合机，其主轴结构为箱型结构，为了对主轴断裂问题进行控制，维修人员在主轴上焊接了筋板结构，这种筋板结构由多块腹板焊接而成，但实践结果表明，这种筋板结构的使用，无法增强混合机主轴的强度，主轴变形问题依然存在。

（3）制造厂商在制造混合机时，过度注重了混合机主轴的耐蚀性和耐磨性，将保护板安装到了主轴上，且安装段数多达10段，导致每段结合处成为了应力集中点。

（4）主轴在工作过程中，会受到径向力的影响，伴随着运输量的加大，这种径向力所造成的影响会逐渐增加，致使主轴摆动幅度日渐加大，久而久之就会断裂[2]。

在上述几个因素的影响下，混合机主轴承担的交变应力不断加大，最终导致混合机在运行一段时间后，其主轴就会发生断裂。

2 混合机轴头法兰和主轴的优化设计

通过上述分析可知，配合长度较短时导致混合机轴头法兰脱落问题的主要原因;而结构设计合理性差、材质选择不合理以及主轴体积过大是导致主轴断裂的原因。为此，笔者结合自身工作经验，认为控制故障需要从设计层面着手，通过优化设计，延长配合长度、更换主轴材质，并对筋板进行强化。

2.1 使法兰面和轴头配合长度延长

2.1.1 企业可以对混合机轴头旧有法兰进行更换，以增加法兰的厚度。

2.1.2 使用长度为15cm的套筒，并通过焊接的方式，将其固定在法兰盘面，并在此基础上焊接6块筋板，提高法兰盘面与套筒的整体性。

2.1.3 对旧有主轴进行改造，使其与法兰配合的长度增加，改造后二者配合长度为210mm，相较于之前，增加了180mm，这样一来，就会分散交叉应变力，使法兰与轴头的拦截更加牢固。此外，还需使用2个平键，对圆柱销进行取代，其目的在于消除剪切和传递扭矩对轴头的作用。

2.2 主轴的优化和设计

2.2.1 采用16Mn板材对旧有的船用钢板进行取代，究其原因，主要是这种材质的刚性和弹性均符合制作主轴的需求。

2.2.2 在制作翼板时，可以使用厚度为11mm的钢板，然后通过焊接的方式，促使变为X形主梁，然后将长度为6mm的筋板焊接到主梁的四周，然后在主轴的垂直方向焊接副筋板，焊接间隔为310mm。在焊接工作结束后，使用机床加工主轴，同时，保证加工的精度。本次优化设计后，主轴的腹板变为了钢板，其厚度为15mm，然后使用打孔机在副筋板上打孔。在主梁上放置腹板，然后通过塞焊方法的使用，使腹板和副筋板链接为一个整体。此外，还要通过焊接的方式，使腹板两边与主梁保持连接状态，最后完成两端法兰的焊接即可。

2.2.3 为了对主轴总重量进行控制，本次设计决定不再主轴上安装保护板，然后对叶片进行了重新排布，这样一来，就使叶片的数量减少了35片，主轴重量也随之下降。为消除叶片减少对混合机工作性能的影响，可以改变叶片的形状，促使其由矩形叶片变为扇形叶片，这样一来，可以使叶片受料面积大幅度提升，有助于提升混合机的工作性能[3]。

3 防止混合机主轴断裂的建议

3.1 组织培训，提高工作人员的能力

为了对混合机主轴断裂问题进行规避，建议企业定期组织培训活动，提高工作人员的能力水平。这样一来，方能让工作人员在操控混合机时更加平稳，以减少混合机非正常停止的次数。应该将混合机的运行参数作为依据，制定标准的操作规范，要求工作人员严格遵守规范操作混合机，并在发现问题后，及时予以调整。

3.2 采用保护措施

为确保混合机工作运行的稳定，可以依据混合机的实际情况，采用保护措施，为工作人员发及时发现问题，创造有利的条件。比如：可以在混合机上安装模头压力联锁，通过保护措施的使用，消除设备潜藏的安全隐患，增加其使用年限。

3.3 采取有效的改进措施

针对混合机主轴存在的问题，应运用有效的改进措施予以解决，改进措施包括以下几点内容：

3.3.1 对主轴和端轴法兰连接轴线的偏差和稳固性进行检测，如果发现问题，应及时予以修正，这样一来，方能实现对轴连接件轴线偏差的有效控制。

3.3.2 对混合机主轴及其首尾两端支撑轴线对中情况加以检测，明确因为工作振动而导致的轴线偏差，并在此基础上予以校正。同时限制轴承座的位置，保证其不会在震动力的影响下发生位移，这里所说的轴承座指的是两端支撑轴承座。此外，工作人员还应提高轴承座支撑的稳固性，避免震动对其性能造成影响。

3.3.3 使端轴强度得到提升。工作人员需要检测混合机，将短轴作为重点检测内容，保证其质量。然后，还要采取硬化处理的方式，对端轴进行处理，提高其硬度。之所以采取这种处理措施，主要是断轴容易在作用力的影响下而损坏。

3.3.4 避免端轴带动花键套在混合机内部的径向摆动。可以将联轴器设置到混合机和端轴的中间位置，借助联轴器对径向摆动产生的作用力进行削弱。建议企业采用SWC型万向联轴器。因为，这种联轴器性能优越，且适用范围广泛。

4 结束语

综上所述，混合机在工业生产中起到了非常关键的作用，其一旦出现故障，就会对生产质量和生产效率造成不利的影响。鉴于此，工作人员应该明确问题出现的原因，并采取使法兰面和轴头配合长度延长、对旧有主轴进行改造、采用16Mn板材取代旧有的船用钢板和控制主轴重量等措施解决问题。

参考文献：

[1]尚会超，李婷，付晓莉.基于視觉动力理论的减速机造型设计[J].包装工程，2019，40（24）：168-173.

[2]郑赣，刘淑梅，汪东升.基于神经网络的法兰轴冷挤压成型工艺优化[J].轻工机械，2019，37（06）：16-20.

[3]阮科烽.混合机轴头法兰脱落主轴断裂原因分析及处理[J].设备管理与维修，2019（16）：98-99.