Выход из строя соединительных болтов фланца спирального цилиндра или конической втулки внутри полого вала на подающей стороне трубного стана может показаться простым явлением, однако на самом деле это техническая проблема, которая доставляет много хлопот многим цементным заводам. Конкретными проявлениями отказа болтов являются частые ослабление и поломка соединительных болтов фланца спирального цилиндра или конической втулки: болты неоднократно затягиваются, но вновь ослабляются, а также неоднократно заменяются, но вновь ломаются. Это приводит к разъединению фланца полого вала трубной мельницы и фланца спирального цилиндра или конической втулки, а также может привести к тому, что спиральный цилиндр или коническая втулка будут выступать из полого вала на 10–30 мм. В результате материал напрямую истирает полой вал, что приводит к его износу.

Разрушение болта, как правило, происходит в месте перехода от головки к стержню. После разрушения отломанный стержень обычно застревает внутри резьбового отверстия полого вала и не поддается извлечению, что создает значительные неудобства при замене болта.

(1) Анализ причин

Спиральный цилиндр трубопрокатного стана приводится во вращение за счет трения о фланец полого вала. Контакт между спиральным цилиндром (или конической втулкой) и полым валом, как правило, происходит только в двух местах:

① Опорное кольцо, расположенное вблизи корпуса мельницы в месте соприкосновения с внутренней стенкой полого вала. Его функция заключается в обеспечении свободного теплового расширения спирального цилиндра при одновременном создании опорной точки. Зазор при посадке обычно составляет 0,5–1,5 мм. Однако этот небольшой зазор приводит к тому, что спиральный цилиндр ведет себя как консоль, а также вызывает колебания спирального цилиндра или конической втулки.

② Соединение между внешним концом спирального цилиндра (или конической втулки) и фланцем полого вала. Как правило, на торцевом фланце полого вала нарезается внутренняя резьба, и для крепления фланца спирального цилиндра (или конической втулки) к полому валу используются от 12 до 32 шестигранных болтов размером от M16 до M30. Фактически это единственная точка крепления спирального цилиндра (или конической втулки) к полому валу. Поэтому спиральный цилиндр (или коническая втулка) теоретически устанавливается в консольном режиме. Чрезвычайно важно, чтобы кольцо болтов на фланце было надлежащим образом затянуто.

При наблюдении за характером разрушения болтов выясняется, что ослаблению почти всегда предшествует разрушение — то есть прежде чем соединительные болты ломаются, они сначала ослабляются. Место разрушения часто находится на границе между головкой и стержнем болта.

Судя по следам разрушения, болты сломались под действием растягивающей силы, а не сдвигающей. Это указывает на то, что соединительные болты фланца спирального цилиндра (или конической втулки) выходят из строя из-за вибрации станка и, что более важно, из-за того, что колебания консольного конца спирального цилиндра (или конической втулки) передаются на фланцевый конец, что приводит к постепенному ослаблению болтов, ввинченных во фланец полого вала. В результате две поверхности фланцев теряют трение и разъединяются, что приводит к медленному выскальзыванию спирального цилиндра (или конической втулки) из полого вала. Под воздействием повторяющихся ударов фланцев напряжение на болтах постепенно концентрируется в переходном углу между головкой болта и его стержнем, что приводит к появлению усталостных трещин и, в конечном итоге, к разрушению в этом месте.

(2) Методы лечения

① Ввести систему регулярных проверок. При обнаружении ослабления болта следует немедленно его затянуть, чтобы снизить вероятность поломки, вызванной ослаблением. Однако такой подход позволяет устранить лишь симптомы, но не устраняет первопричину; кроме того, его сложно поддерживать на постоянной основе, и проблема ослабления болтов не решается коренным образом.

② Аварийный ремонт после обрыва болта:

а. Если сломанный хвостовик застрял внутри полого вала и его невозможно извлечь, спиральный цилиндр (или коническую втулку) можно приварить к фланцу полого вала. Однако это создаст трудности при замене спирального цилиндра (или конической втулки) в будущем.

б. Пересверлите отверстия на фланце спирального цилиндра (или конической втулки), перерезьбите резьбу на торцевом фланце полого вала и затяните новые болты. Этот метод также сопряжен с некоторыми сложностями и довольно трудоемкий.

③ Усовершенствовать способ крепления фланцев:

Добавьте внешний фланец к полому валу. Замените исходный способ соединения с помощью резьбовых отверстий в торцевом фланце полого вала для болтового соединения с фланцем спирального цилиндра (или конической втулки) на способ соединения с использованием внешнего фланца полого вала и фланца спирального цилиндра (или конической втулки) с помощью болтов, гайки, стопорные шайбы и другие крепежные элементы для фиксации двух фланцев. Такая конструкция обеспечивает момент затяжки болтов, полностью решая прежнюю проблему недостаточной затяжки. Даже в случае поломки болта его легко заменить.

Данная модификация представляет собой значительное преимущество для существующих систем крепления стана и проста в реализации, что делает её простым, практичным и эффективным решением.

Сварка нового наружного фланца к полому валу должна выполняться в строгом соответствии с требованиями к качеству сварки. До и после сварки следует обратить внимание на следующие моменты:

а. Выбирайте надежные крепежные элементы. Как правило, вместо болтов можно использовать шпильки, чтобы избежать производственных дефектов, которые часто встречаются в месте соединения головки болта и его стержня.

б. Необходимо выбирать подходящие методы сварки, электроды и сварочный ток. Условия на месте проведения сварочных работ, такие как подготовка пазов для сварки, предварительный нагрев перед сваркой и поддержание температуры после сварки, также должны строго соблюдаться в соответствии с соответствующими техническими требованиями для предотвращения таких дефектов, как трещины в сварном шве, шлаковые включения и пористость.

Учитывая ограниченное пространство в головной части мельницы, для соединения нового наружного фланца с полым валом предпочтительно использовать сварку в углу или сварку внахлест.

④ Установите жёсткое соединение между торцевой крышкой мельницы и спиральным цилиндром. То есть смонтируйте жёсткую соединительную конструкцию, способную компенсировать расширение на несколько миллиметров, с тем чтобы спиральный цилиндр (или коническая втулка) получил дополнительную точку жёсткой опоры помимо торцевого фланца. Это предотвращает колебания, вызванные консольным расположением спирального цилиндра, и снижает склонность болтов торцевого фланца к ослаблению.

⑤ На крупных и средних мельницах к спиральному цилиндру (или конической втулке) можно установить упругие пластины для поглощения внешней тяги, возникающей в результате колебаний торца, что позволяет снизить нагрузку на соединительный фланец и болты и, как следствие, уменьшить риск ослабления и обрыва болтов.