中速輥式磨拉桿應(yīng)力分析

新疆中泰化學(xué)阜康能源熱電廠現(xiàn)運(yùn)行兩臺(tái)150MW供熱機(jī)組，配套兩臺(tái)540t/h超高壓煤粉爐，主要為中泰化學(xué)阜康工業(yè)園區(qū)2套40萬(wàn)噸/年聚氯乙烯樹(shù)脂生產(chǎn)裝置供應(yīng)自備電、工業(yè)蒸汽等產(chǎn)品。每臺(tái)機(jī)組配置4臺(tái)北京電力設(shè)備總廠生產(chǎn)的ZGM65型中速輥式磨煤機(jī)，一般三運(yùn)一備。2015年5月6日05時(shí)24分，#1鍋爐磨煤機(jī)C加載油壓瞬間由12.18Mpa降至2.65Mpa，隨后迅速恢復(fù)至12Mpa，同一時(shí)間段電流瞬間由206A波動(dòng)至143A后恢復(fù)至192A。06時(shí)50分#1爐C磨煤機(jī)電流波動(dòng)范圍較大，06時(shí)56分巡檢發(fā)現(xiàn)磨煤機(jī)減速機(jī)頂部輸出盤(pán)迷宮密封處冒煙且有油漏出，輸出盤(pán)下部#3拉桿方向機(jī)殼處溫度接近200℃，停止磨煤機(jī)C運(yùn)行。2015年5月7日更換新減速機(jī)后，發(fā)現(xiàn)該磨煤機(jī)#3拉桿上升下降均不動(dòng)作，打開(kāi)拉桿密封盒發(fā)現(xiàn)#3拉桿脆性斷裂，斷裂部位在拉桿與壓架關(guān)節(jié)軸承接觸平面內(nèi)拉桿的變截面處。

1、斷口分析

經(jīng)過(guò)對(duì)斷口斷面的分析，認(rèn)為拉桿破壞的主要原因是疲勞斷裂。因?yàn)閿嗫诜舷铝刑卣鳎?.1、疲勞斷裂時(shí)并沒(méi)有明顯的宏觀塑性變形，斷裂前沒(méi)有預(yù)兆，而是突然破壞；1.2、引起疲勞斷裂的應(yīng)力很低，常常低于材料的屈服點(diǎn)；1.3、疲勞破壞的宏觀斷口由兩部分組成，即疲勞裂紋的策源地及擴(kuò)展區(qū)（光滑部分）和最后斷裂區(qū)（粗糙部分）。斷面邊緣有較淺傷痕裂紋，斷口粗糙。分析認(rèn)為當(dāng)拉桿出現(xiàn)傷痕后，構(gòu)件就發(fā)生斷裂，說(shuō)明構(gòu)件在交變應(yīng)力作用下處于強(qiáng)度極限狀態(tài)下，稍有沖擊即發(fā)生斷裂。

2、拉桿材料力學(xué)分析

通過(guò)分析拉桿圖紙得知，拉桿的斷裂部位在拉桿與壓架關(guān)節(jié)軸承接觸平面內(nèi)拉桿的變截面處，分析拉桿的受力情況可知，拉桿斷口處沒(méi)有一對(duì)平行且方向相反的剪切力的存在，所以拉桿未受到剪切作用。在斷口處拉桿只受到加載裝置對(duì)拉桿的拉伸作用，由于加載油壓的作用及煤層厚度的變化，拉桿受到交變應(yīng)力的作用，斷口處最大拉應(yīng)力6=12*181252/0.072=38.8Mpa（其中0.125是加載油缸活塞直徑，0.07是拉桿斷口處的直徑，單位均為米。）

3、斷口截面拉桿應(yīng)力校核

查合金鋼許用拉伸應(yīng)力為合金鋼=230MPa，但因?yàn)樵摾瓧U受交變應(yīng)力作用，要確定校核系數(shù)，為尺寸系數(shù)：試驗(yàn)表明，疲勞極限將隨構(gòu)件尺寸的增大而降低。因?yàn)闃?gòu)件尺寸越大，材料包含的缺陷也相應(yīng)增加，圖1是構(gòu)件的尺寸系數(shù)曲線。

按圖查得=0.67

加工系數(shù)：試驗(yàn)表明，構(gòu)件表面的加工質(zhì)量對(duì)構(gòu)件的疲勞極限有很大影響。構(gòu)件加工后產(chǎn)生的表面刀痕，擦傷等引起應(yīng)力集中，因而表面光潔度越差，疲勞極限降低越多。圖2是加工系數(shù)曲線。

按圖查得=0.7

K為有效應(yīng)力集中系數(shù)：由于使用及工藝的要求，構(gòu)件上常帶有圓角，小孔，凸肩，健槽等，在外力作用下，這些地方會(huì)引起應(yīng)力集中，而應(yīng)力集中促使疲勞裂紋的形成，裂紋逐漸擴(kuò)展造成構(gòu)件破壞。圖3是有效應(yīng)力集中系數(shù)曲線。

按圖查得k=3

因此校核系數(shù)0.670.7/3=0.156由此得出拉桿的許用拉應(yīng)力許用=合金鋼n=230=35.88MPa.而拉桿斷口的最大拉應(yīng)力=38.8 Mpa >許用所以拉桿處于一種不安全的工作狀態(tài)，并最終斷裂。

4、最大加載油壓的選擇

為了保證拉桿在安全狀態(tài)下工作，有必要對(duì)允許最大加載油壓進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)北京電力設(shè)備總廠《ZGM65型中速輥式磨煤機(jī)使用和維護(hù)說(shuō)明書(shū)》的要求，加載力應(yīng)該控制在25.3KN～80.8KN，對(duì)應(yīng)加載油壓為3.2MPa～10.3MPa。但在生產(chǎn)運(yùn)行中制造廠的規(guī)定并沒(méi)有得到嚴(yán)格的執(zhí)行，變加載油壓經(jīng)常在12MPa左右運(yùn)行，有時(shí)甚至能達(dá)到13MPa，引起了一系列的不良反應(yīng)，比如磨煤機(jī)負(fù)荷畸高，筒壁、磨輥、磨盤(pán)、煤粉管道磨損嚴(yán)重，拉桿斷裂頻繁，減速機(jī)受力異常等等，所以加載油壓不能沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的增加，按許用拉伸應(yīng)力35.88MPa校核，則最大加載油壓為35.88*0.072/0.1252=11.25MPa，也就是說(shuō)加載油壓的極限參數(shù)不能超過(guò)11.25MPa。

5、結(jié)論

斷裂是由于拉桿處于交變應(yīng)力的作用產(chǎn)生裂紋，在超過(guò)安全值的加載油壓力作用下達(dá)到屈服極限從而發(fā)生斷裂。

6、解決方案

6.1、熱電廠鍋爐專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員召開(kāi)專(zhuān)題會(huì)議，制定磨煤機(jī)變加載油壓調(diào)整實(shí)施方案。最終磨煤機(jī)運(yùn)行按說(shuō)明書(shū)要求，ZGM50磨控制變加載壓力<10Mpa；ZGM65磨控制變加載壓力<10.3Mpa。6.2、熱電廠機(jī)務(wù)檢修部門(mén)對(duì)磨煤機(jī)逐臺(tái)進(jìn)行檢查，對(duì)磨煤機(jī)拉桿容易斷裂部位進(jìn)行宏觀及超聲波探傷檢查，發(fā)現(xiàn)拉桿有疲勞裂紋等情況時(shí)采取更換新拉桿的方案。另外對(duì)壓架導(dǎo)向裝置間隙也應(yīng)該進(jìn)行測(cè)量，間隙>5mm時(shí)進(jìn)行調(diào)整，主要考慮是導(dǎo)向板間隙過(guò)大時(shí)會(huì)造成拉桿受力偏斜，拉桿軸肩處會(huì)出現(xiàn)一邊受力大，一邊受力小的情況，加劇疲勞裂紋的產(chǎn)生。另外檢修部門(mén)在調(diào)整磨煤機(jī)導(dǎo)向裝置間隙時(shí)同時(shí)對(duì)拉桿關(guān)節(jié)軸承處涂抹二硫化鉬潤(rùn)滑脂，增強(qiáng)拉桿自動(dòng)調(diào)節(jié)的能力。

參考文獻(xiàn)

[1]ZGM65 型中速輥式磨煤機(jī)使用和維護(hù)說(shuō)明書(shū).北京：北京電力設(shè)備總廠2011年11月.

作者簡(jiǎn)介

馬宏軍，男（1973.9-），新疆，本科，工程師，研究方向：發(fā)電廠設(shè)備檢修管理。