350制粒機(jī)支承軸斷軸故障與解決

鄧惠文　陸國敢　杜仲明

我公司一臺350制粒機(jī)(環(huán)模直徑為350 mm，孔徑2.5 mm)專用于生產(chǎn)顆粒乳豬料。

2004年新機(jī)使用后，環(huán)模內(nèi)固定壓輥的支承軸 頻繁出現(xiàn)斷軸故障，平均20 d換軸一次，Z短2 d一次，每次1~2根。設(shè)備生產(chǎn)廠家人員分析故障原因后認(rèn)為：頻繁發(fā)生斷軸是由于顆粒料含乳清粉成分偏大所引起。

斷軸問題不僅影響顆料飼料正常生產(chǎn)，還增大制粒生產(chǎn)成本。為解決頻繁斷軸故障，2年多來，廠家先后采用增大支承軸軸徑(從φ=18 mm增大至22 mm)，更換壓輥軸套等多種改進(jìn)措施，使斷軸頻率稍有降低，但故障一直沒有得到根本解決。

為找到消除斷軸辦法，2007年我們對故障原因進(jìn)行分析，依據(jù)分析結(jié)果，加工2支有彈性的支承軸并安裝上機(jī)試用，結(jié)果表明：在制粒工藝參數(shù)相同情況下，彈性支承軸壽命超過210 d（至2008年6月21止），尚未發(fā)生斷軸現(xiàn)象，很好地解決了斷軸問題，且產(chǎn)量不下降。

同時我們了解到同行的制粒機(jī)也存在類似的問題。為給同型號制粒機(jī)用戶提供一個參考，現(xiàn)將解決支承軸斷裂方法介紹如下。

1　支承軸的作用與環(huán)模、壓輥的結(jié)構(gòu)關(guān)系（見圖1a、圖1b）

從圖1a、圖1b 可見，制粒裝置的環(huán)模內(nèi)有2個壓輥（含壓輥軸），2根支承軸和一塊前板；支承軸的一端分別以螺紋緊固在座板上，另一端分別穿接前板中間2個孔位對前板起支撐作用，前板對2個壓輥的懸臂端起固定作用（壓輥懸臂軸端有擺動的角度y₁，所以需由前板固定）。2個壓輥與環(huán)模有裝配間隙β₁、β₂。當(dāng)環(huán)模轉(zhuǎn)動時，兩個壓輥隨環(huán)模轉(zhuǎn)動，當(dāng)粉料被喂入環(huán)模和壓輥形成的擠壓區(qū)即被逐步擠壓，并從環(huán)模孔擠出形成顆粒料。

2　斷軸原因分析

我們分析，擠壓粉料過程壓輥是有振動的，而振動結(jié)果引起支承軸斷裂。造成壓輥振動的原因是2個壓輥受到往復(fù)變化擠壓力而引起的。從圖1a中可見，當(dāng)粉料被壓輥擠壓出環(huán)模過程中，粉料對壓輥同樣產(chǎn)生很大的擠壓力；由于喂入到兩個壓輥間隙粉料量瞬間不能相等，因此間隙β₁、β₂所形成的擠壓力（X軸向）分別對2個壓輥產(chǎn)生方向相反、大小不等的推力F₂和－F₁，由于F₂－F₁≠0，所以動態(tài)推力差ΔF=F₂－F₁隨之產(chǎn)生；若ΔF足夠大且在往復(fù)變化的條件下，2個壓輥（與前板）便發(fā)生X軸方向振動。

壓輥振動還與環(huán)模轉(zhuǎn)速有關(guān)，環(huán)模每轉(zhuǎn)動一定角度都可能使ΔF方向和大小發(fā)生變化，如按環(huán)模轉(zhuǎn)速=360 r/min分析，壓輥振動頻率應(yīng)遠(yuǎn)大于6 Hz。

由于壓輥和前板（見圖1a）產(chǎn)生X軸方向振動，而起支撐前板作用的支承軸體強(qiáng)度不足以抑制振動的發(fā)生，所以其懸臂端也隨前板一起振動；振動使軸體產(chǎn)生反復(fù)彎折作用，而軸體揉性又不夠，一段時間后，材料產(chǎn)生應(yīng)力疲勞，繼而引起斷軸，這是支承軸斷裂的主要原因(見圖2)。

除X方向的振動外，如果考慮到擠壓粉料時環(huán)模會有微小的彈性變形和徑向跳動，前板（因壓輥擠壓粉料而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)矩M），壓輥軸與襯套間隙磨損增大等因素影響，壓輥與前板振幅會更大，支承軸受力狀況更為復(fù)雜，更容易發(fā)生斷軸情況。

3　解決斷軸方法

斷軸的發(fā)生證明支承軸是處于振動受力狀態(tài)的,而解決斷軸簡易方法是改變支承軸的結(jié)構(gòu)以適應(yīng)振動的要求。據(jù)此分析我們重新設(shè)計支承軸并滿足以下要求:

① 支承軸的尺寸符合原軸裝配要求；

② 支承軸固定后能承受前板產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)矩M；

③ 支承軸的截面積S≥原軸S₁，保證支承軸的強(qiáng)度要求；

④ 考慮支承軸自振頻率遠(yuǎn)大于6 Hz；

⑤ 保證軸端的Z大振幅處于材料的彈性極限范圍內(nèi)。在環(huán)模的約束下,支承軸懸臂端振動的幅度β是有限的(β≤1.5 mm),設(shè)計支承軸端點(diǎn)撓度y_max≥β_max。按軸懸臂梁撓度公式（參見《機(jī)械工程設(shè)計手冊》）計算：

式中：P——軸端載荷（N）；

L——桿長（mm）；

E——材料彈性模數(shù)（MPa）；

I——截面軸慣性矩（mm4）。

按上要求，我公司所加工的彈性支承軸在使用中達(dá)到了預(yù)期效果并驗(yàn)證上述分析和計算是正確?。圖3所示是外形圖，圖3中彈性段具體結(jié)構(gòu)是以多薄片組合而成。

通過改變支承軸結(jié)構(gòu)解決斷軸難題，我們的體會是，有上述類似現(xiàn)象的350制粒機(jī)用戶，如將原有支承軸改為彈性軸后，軸體壽命可延長5倍以上，甚至可消除斷軸現(xiàn)象；這對降低制粒成本和穩(wěn)定生產(chǎn)均有明顯效果。

來源：《飼料工業(yè)》