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2018年11月8日中午12：00，我公司2#水泥磨磨头中空轴法兰与端板接合处漏料，立即停机检查，从中空轴法兰外侧到端板不同位置的距离（最小距离为100mm，最大距离为110mm）以及漏灰情况初步断定磨机端板断裂，即安排拆除端衬板进行检查确认。通过倒球、完全拆除磨机端衬板、剔掉水泥砂浆进一步确认，发现磨机筒体端板已裂开整圆的70%，断裂处最大错缝达12mm，图1为断裂位置及错缝情况示意图。 正常修理办法就是拆下磨机筒体去磨机生产厂家更换端板，此过程包括拆除、修理单位制作加工、运输、最终安装，修理时间预估最少为3个月，可当时正值水泥销售旺季，为节约修理时间，把损失减少至最小，最后决定在线修理。
2.1 磨机整体受力分析 磨机直径为3800mm，端板厚度110mm，磨机筒体及衬板隔仓板等自重约达150t，钢球重量约为190t，内部物料按20t计算，根据磨机几何关系，可 以计算出磨头中空轴所受的支座反力为1845109N（此处未考虑其所受的扭矩），受力分析见图2。 2.2 磨机端板应力及变形计算 端板与中空轴接触处从水平位置到最高处或最低处受力逐渐增大，从最高处或最低处受力到水平位置受力逐渐减少至零，如果按传统的方法计算比较困难，所以选择有限元软件ANSYS进行计算，步骤简介如下。 （1）选择单元类型及填写材料属性。选择20node186单元，材料弹性模量为2E11Pa，材料泊松比为0.3。 （2）建立模型。端板厚度110mm，与中空轴结合处厚度为100mm，据实际尺寸建立模型如图3所示，图中的不同的灰度分别表示中空轴、磨机端板、部分筒体，三部分通过粘接命令链接在一起。
（3）划分网格并加载。中空轴与轴瓦接触角度按30°计算，得到轴瓦和中空轴接触的弧面的弦长为0.4403m，轴瓦宽度为0.8m，接触面的压力为： 1845109/(0.4403×0.8)=5238215.42Pa 把此压力加载在中空轴下面为30°的弧面上（其竖直向上的力仍为1845109N），另外对部分筒体的端面约束所有自由度，加载结果如图4所示。 （4）分析及查看结果。点击分析后得到的当量应力云图见图5，形变云图如图6所示。
从图5可以看出，端板的的止口处产生应力集中，最大当量应力值为213MPa，此值接近材料的屈服强度，且该应力值产生在端板的下部，受中空轴对其施加的拉力，产生的是拉应力，当该点转到上部时承受的是中空轴对其施加的压力，产生的是压应力，端板承受的是交变应力且应力幅较大。 从图6中可以看岀，端板的某一点在下部时，往X轴负方向（看图中坐标系）变形，变形的最大绝对值位-0.63mm，当其转到上部时，往X轴正方形变形，变形量最大值为0.43mm，总的变形约为1mm，总变形量较大。 球磨机端板材质为Q235B，根据1995年版《机械工程材料性能数据手册》中Q235B钢，圆柱形缺口（应力集中系数等于2）试样存活率为99.9%的疲劳极限为142MPa。断裂地方恰好在端板止口处，所以材料的疲劳极限可参照上述的142MPa选取，但计算得到端板止口处最大的应力值达213MPa，远大于疲劳极限，且承受的是交变应力、形变大，所以疲劳断裂就是该次断裂的主要原因。 根据断裂原因分析，我们选择对端板断裂处进行补强来降低该处的应力，直至达到疲劳极限以下。按加强方法进行了分析计算。 建立模型如图7所示，新添补强板，补强板厚度为90mm。按照上面的步骤计算变形结果见图8，当量应力结果见图9。可以看到最大变形量的绝对值已明显减少，向X轴负方向的变形量为0.347mm，X轴正方向的变形量为0.191mm，可以看到最大当量应力值为110MPa（低于端板材料的疲劳极限），比较安全。
经三年来的正常运行证明该在线修理方案是成功的，另外相对于拆除磨机筒体外修费用节约拆安费用45万元左右，相对于拆除磨机外加修减少了维修时间不少于两个月，减少了对生产的影响。 |
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