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温差应力对斗式提升机的影响分析与解决方案

点击数:20时间:2015-10-22 09:55:08 来源:百盛机械

摘要:年产5万t的磷石膏制粉和50万m2的砌块生产线,属于循环经济废渣综合利用项目,自运行以来有1台斗式提升机(以下称斗提机)经常出现斗拉坏和脱链、断链等故障,严重制约了生产。

瓮福集团属下磷石膏产品项目部有一套年产5万t的磷石膏制粉和50万m2的砌块生产线,属于循环经济废渣综合利用项目,自运行以来有1台斗式提升机(以下称斗提机)经常出现斗拉坏和脱链、断链等故障,严重制约了生产。

1 生产实际中出现的问题

针对斗提机出现的问题,新乡市百盛机械有限公司技术组与厂家进行了沟通,认为是工作时负荷太大、料斗质量差等原因造成的。设备生产厂家更换了质量较好的料斗,但更换之后原来的问题仍然没有彻底解决,而且还出现了链轮驱动轴断裂现象。相关专家又提出可能存在安装问题,于是安装单位又对安装精度进行了核实,垂直度得到了修正,但问题依旧未解决。项目部只有不断维修,消耗大量备件,严重影响了正常生产。

2 斗提机技术条件与工作现象

2.1 斗提机技术参数

斗提机型号为HL300,高度为22m,双链轮式;输送化学石膏和磷酸生产废弃物;输送能力为12.8t/h,物料温度为60一80°C,实际送料量为7t/h。

2.2 故障现象

(1)运行过程中有时会听到链条擦壳的声音,此时必须及时调紧链条,否则会出现脱链现象。

(2)设备完好运行时间一般为2周,更换质量较好的料斗后,时间一长,最终料斗还是会坏,链条拉断。

(3)每次损坏都是在运行一段时间重新开车后不久造成的。

3 原因分析与假设

该公司还有同一生产厂家提供的另外2台斗提机,但并未出现上述问题。

在该斗提机前面有烘干、脱水和球磨等工艺过程,物料输送稳定,且不存在结疤、卡死等现象,而且也未出现流道堵塞现象,所以超设计负荷假设不成立。

带着上述问题结合生产实际情况,找出了问题所在。好的斗提机与容易坏的斗提机的主要不同点就是运行的温度不同。容易坏的这台壳体内外存在60°的温度差,因此判断出温差产生的应力是造成斗提机损坏的根本原因,现在从下面的计算中加以验证。

4 计算分析

4.1 计算有关的基础数据

基础数据如表1所列。

斗式提升机基础数据  表1
高度L/m
链条直径d/mm
链条材质
斗壁厚δ/mm斗壁材料
弹性模量E/MPa
膨胀系数α/°C-1温差平均值△t/°C
22
18
16Mn
3
Q235
2.08×105
(13.5~14.3)×10-6
60

4.2 应力计算

(1)温差导致链条比外壳多伸长△L,m

△L=L△ta=18.9mm,

伸长率ε=△L/L=8.6x10-4

(2)假设最初下链轮所受的力为。,则在生产中链条受到的应力为

σ=Eε=179MPa。

查表得钢材的许用应力[σ]=170MPa,因为有σ≥[σ],所以在热态下下滚轮不受力的情况下,斗提机再冷却到室温,链条所受到的拉应力就超过材料的许用应力。

以上计算只算链条的拉伸,而未计算斗提机壳体的压缩,因为壳体的横截面积比链条的横截面积大得多,故将壳体视为刚体计算。

(3)单根链条所受的拉力

F二σA=45.5kN,

单根链条作用在料斗的面积

A1=δd=54mm2,在料斗上的最大挤压应力

σjy=F/(A1x10-6)=84.2MPa。

挤压应力σjy远大于其许用挤压应力[σjy]=2[σ]=340MPa,因此料斗会发生塑性变形,发生变形后链条松动,发生异响,保运人员就会及时收紧,几个循环下来就导致料斗损坏,乃至整条链条断裂。上面的计算是基于在热态下预紧力为零计算的,而生产实际中操作维护人员通过链轮调节螺杆的预紧力会远大于零;另外由于传动轮张紧边的力远大于松弛边的拉力,因此各部件实际所承受的应力远大于上面计算的数据,料斗、链条拉坏就在所难免。究其根本原因是各部件存在温度差引起伸长度不一样,使设备内部各部件之间产生内应力,当内应力达到或超过材料所承受的极限时,就造成设备的损坏。通过以上分析说明温差应力是造成料斗损坏、链条拉断的根本原因。

5 对策措施

5.1 短期对策

每次启动前先检查一下链条的张紧情况,保证链条处于合理的张紧程度,在投料过程中再适度调紧链条;生产结束后将链条调松到初始状态。采用这种方法一直未出现斗提机故障,但这种方法较为麻烦,而且还必须依赖操作工人的责任心。

5.2 长期解决方案

将原来下部调节链轮的螺杆拉紧装置更改为重力张紧装置,使链条拉紧力恒定在稳定的范围,不再出现冷紧热松的现象,彻底消除了设备隐患。通过结构上的改进彻底消除了温差应力的影响,使链条料斗拉应力不超过材料的许用范围,该设备经改进后从未发生过故障。

6 结语

通过斗提机损坏原因分析,提出了温差应力是造成斗提机损坏的根本原因的假设,通过公式验算证明假设正确;提出解决方案,在实际生产中加以改进,使设备故障率大大降低,取得了良好的经济效益。

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