弹性柱销联轴器失效分析与日常检查维保要领

杨伯仲

（漳州旗滨玻璃有限公司 漳州 363400）

0 引言

浮法玻璃制造属于连续不间断生产，原燃材料的持续稳定供应和机械设备的可靠运转是浮法玻璃生产的首要条件。其中任何一个环节出现异常都会对玻璃生产的产质量造成影响，甚至会造成生产和安全事故。原燃材料的输送普遍采用皮带输送机进行运输，皮带输送机的运行可靠性和日常检查维保就显得尤为重要。本文对皮带输送机用弹性柱销联轴器的失效原因进行分析，并对日常检查维保要领进行探讨。

1 技术背景

某浮法玻璃生产线设计熔化量为700 t/d，为其供应配合料的皮带输送机为连续运转设备，持续为该生产线供应配合料，一天分三个班次，根据料仓料位情况，每班次停车一次，每次停车时间约1 h。即每次对皮带机的维保时间只有1 h，所有的检查和维保项目需要在1 h内完成。需要做较大检修或维保时，必须分多次实施才能保证配合料的持续供应，否则就会有断料风险，对生产造成重大影响。

1.1 皮带输送机的设备配置与运行工况

该生产线配送的皮带输送机配置电机额定功率37 kW，电机转速n＝1480 r/min，配套减速机速比i＝35.08，驱动滚筒尺寸为f550 mm×1150 mm，减速机与驱动滚筒通过一套HL型弹性柱销联轴器连接，弹性柱销材质为尼龙，经测量，皮带输送机在满载时，电机最大电流为39 A，电压402 V，电机功率因数0.86。皮带输送机配置有逆止器，防止意外停车时皮带反向运转引发其他事故。逆止器内置在减速机二级齿轮轴内。

1.2 校核弹性柱销联轴器强度

根据皮带输送机正常运行最大负载状态下测量出的数据：I＝39 A，U＝402 V，则该皮带机正常运行最大负载状态下实际运行功率为：

电机输出转速n＝1480 r/min，减速机速比i＝35.08，则减速机与驱动滚筒之间的弹性柱销联轴器扭矩为：

T＝P/w＝9550Pi/n＝9550×23.35×35.08/1480＝5286（N·m）

HL型弹性联轴器结构形式和关键尺寸如图1所示。

图1 HL型弹性联轴器结构形式和关键尺寸

由图1可知，弹性柱销联轴器由直径d＝45 mm的尼龙柱销均布在直径D＝240 mm的圆周上。对于每个尼龙柱销进行分析，在运行时受剪切力，受力示意见图2。

图2 剪切力示意

经查阅机械设计手册，尼龙柱销的许用剪切应力［t］＝11 MPa，则单个尼龙柱销所能承受的极限剪切力：

该弹性柱销联轴器在最大载荷下尼龙柱销所受总剪切力：

即3个尼龙柱销就能满足该皮带机在满负荷运行时的受力，而实际工作时，该联轴器配置有12个尼龙柱销，其安全系数约为4.8倍，完全能满足设备的长期安全稳定运行要求。

1.3 实际运行状况

按照理论计算，此种类型弹性柱销联轴器可靠性非常高，在日常运行过程中，只要尼龙柱销未出现严重磨损或在运行工况和环境未发生重大变化时，基本不会出现尼龙柱销断裂失效的情况。但在实际生产运行过程中，经常会收到皮带输送机弹性柱销联轴器的尼龙柱销断裂导致皮带机停运的事故报告。报告中所述各尼龙柱销外径有不同程度磨损，但磨损量都较小，所有尼龙柱销全部是受力过大直接剪断。

2 原因分析

根据HL型弹性柱销联轴器运行维保要求，其弹性柱销为易损件，需经常检查其磨损状况。停车时需定期拆出尼龙柱销检查其磨损情况。但在实际执行检查过程中，由于减速机内置有逆止器，在手动盘车时，只能单向转动，在皮带机停车后，皮带有倒转趋势或皮带机未达到绝对平衡状态时，弹性柱销联轴器仍处于承受一定转矩状态，此时尼龙柱销在联轴器剪切和挤压力的作用下，就无法拆出进行检查。根据实际检查经验，多是只能拆出部分尼龙柱销进行检查，另一部分尼龙柱销由于受力过大，无法拆出。

2.1 尼龙柱销无法全部拆出时，各尼龙柱销的受力情况与原因分析

弹性柱销联轴器在加工时，为确保各柱销孔都能均布受力，都是成对加工，且尼龙柱销外径尺寸偏差都较小。新投入使用短时间内，各尼龙柱销所承受的剪切和挤压力基本相等，不会有太大差异。但在使用一段时间后，由于受安装精度以及减速机机架和驱动滚筒钢架刚度影响，在实际运行过程中，弹性柱销联轴器在轴向和径向都会有不同程度偏移和往复变化。导致尼龙柱销在运行时在柱销孔内反复处于摩擦和弹性形变状态。长期运行就会存在着部分尼龙柱销不均匀磨损现象。

日常巡检和保养时，发现有部分尼龙柱销出现磨损现象后，维保人员可能只是对该部分进行了更换，导致各尼龙柱销始终不能确保全部处于相同的受力状态，始终只有部分在受力，而部分一直处于松弛状态。且日常停车检查时，弹性柱销联轴器仍在承受部分扭矩时，始终受力的尼龙柱销拆出检查比较困难，处于松弛状态的尼龙柱销容易拆卸，检查自然也是状态比较好，这就容易导致检查维保人员误解为未出现磨损现象的假象。

2.2 尼龙柱销出现部分受力现象时存在的风险隐患

由弹性柱销强度校核可知，当所有尼龙柱销受力均匀时，其安全系数为4.8倍，只要超过3个尼龙柱销同时受力时，就能承受最大载荷时受力。但在实际运行过程中，无法确保所有尼龙柱销全部都受力均匀。当尼龙柱销出现不均匀磨损或联轴器柱销孔也存在不均匀磨损时，其同时受力的尼龙柱销数量就会小于设计数量12个。当同时受力数量小到一定程度时，或当皮带机带载启动、运行时突然有其它外力瞬时作用，导致联轴器扭矩受到冲击载荷，扭矩瞬时大于满载时的最大扭矩，就容易导致当时带载的部分尼龙柱销出现断裂现象，另一部分平时处于松弛状态的尼龙柱销自动开始受力带载，设备也能正常稳定运行。从外观上仍然看不出任何异常，但此时实际设备安全系数已大幅降低。当再次循环出现上述状况后，就有可能导致剩余尼龙柱销出现突然断裂，发生联轴器失效、设备停运的事故。

2.3 事故分析和紧急处置案例

熔化量700 t/d生产线配合料输送皮带某天在正常运行时，突然出现联轴器尼龙柱销断裂事故。经现场检查发现，一共12个尼龙柱销全部断裂，从外观上看，各尼龙柱销新旧程度不一致，外径均有不同程度磨损，但磨损量都比较小，从断面分析可知，旧尼龙柱销断面比较陈旧，新尼龙柱销断面较新。分析可知，在事故发生前设备运行时主要靠几个新的尼龙柱销受力，旧的尼龙柱销在之前就已经断裂失效。且联轴器各柱销孔也有不同程度磨损，导致尼龙柱销装配松紧程度不一致，属于典型的尼龙柱销受力不均匀所致。

事故发生时，由于生产线料仓料位较低，需要在最短时间内恢复设备运行，且联轴器尼龙柱销全部断裂后，柱销孔位置已错开，新的尼龙柱销大部分无法安装进去，只是临时安装了4个尼龙柱销，勉强将设备开起来让其先运行将料仓配满，带料仓满料后有足够的检修时间再进行检修。当时就靠这4个尼龙柱销让设备持续满载运行了一个班次。这也再次论证了强度校核的准确性和安全性。

3 改进措施与维保要领

为确保该弹性联轴器的运行可靠性，结合以上分析，在日常维保与检修时，为避免出现尼龙柱销全部断裂时事故发生，需做好以下几点：

（1）加强减速机机架和驱动滚筒机架的刚度，加强设备安装时联轴器轴线的同轴度，尽量减少设备载重运行时联轴器两边轴向和径向位移，从而减少联轴器运行时尼龙柱销和柱销孔的磨损；

（2）联轴器出厂时安装前，要详细检查联轴器两端各柱销孔是否一一对应，一般在联轴器外圆处都做有对应标识，一定要按照标识进行安装；

（3）日常运行时，多加强检查，每次检查时，一定要确保所有尼龙柱销的磨损情况全部都检查到位，不可因部分尼龙柱销不好拆卸就不检查；

（4）当出现部分尼龙柱销磨损时，尽量将所有尼龙柱销全部进行更换，以确保各尼龙柱销的尺寸和性能保持一致；

（5）定期检查联轴器柱销孔的磨损情况，当检查出现有部分柱销孔出现磨损后，尽量更换整套联轴器，确保弹性联轴器的尺寸和技术性能；

（6）制定详细的设备维保标准，加强维保人员的规范作业和执行力，不能因维保人员对设备的认知不同而出现不同的维保方式和标准。

总之，弹性柱销联轴器安全稳定运行的核心是确保各尼龙柱销受力均匀，不得出现部分尼龙柱销有过载现象。

4 结语

浮法玻璃的持续稳定生产主要取决于设备的稳定高效运行，通过分析校核设备配置的安全系数，并通过一次的应急处置过程间接地对安全系数进行了验证。对高安全系数的设备仍出现故障进行了深入剖析，找出出现该问题的深层次原因，让所有工程技术人员和设备维保人员对严格按照设备维保标准进行维保有了更深层次的认知。