吳西華

（東營(yíng)東康人造板有限公司，山東東營(yíng) 257091）

0 引言

為改善木質(zhì)纖維形態(tài)，有效去除纖維中的粗大纖維、脫落物、膠斑、膠皮、金屬及線頭等雜質(zhì)，提高纖維板的質(zhì)量，提升產(chǎn)品的優(yōu)等率，2019 年對(duì)纖維板生產(chǎn)線進(jìn)行了升級(jí)改造，拆除原65 m3的401 干纖維料倉(cāng)，在其位置上增設(shè)8.1 m 高的風(fēng)選機(jī)，保留原261 皮帶稱和402 轉(zhuǎn)閥，并加大鋪裝機(jī)上部的纖維儲(chǔ)料倉(cāng)容積為40 m3，纖維風(fēng)選機(jī)經(jīng)調(diào)試運(yùn)行良好。此纖維風(fēng)選系統(tǒng)裝配了一臺(tái)功率為132 kW 的風(fēng)機(jī)，該風(fēng)機(jī)將風(fēng)選機(jī)風(fēng)選出的合格木質(zhì)纖維通過(guò)輸送管道送至鋪裝機(jī)上部的纖維儲(chǔ)料倉(cāng)，風(fēng)機(jī)型號(hào)為MQS5-54 NO13C-M，右旋，風(fēng)量Q=67 000 m3/h，全壓p=4890 Pa，轉(zhuǎn)速n=1250 r/min，由國(guó)內(nèi)某家環(huán)保設(shè)備有限公司提供。2020 年風(fēng)選風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)大，車間維修人員在通過(guò)玻璃窗戶發(fā)現(xiàn)室外風(fēng)機(jī)軸承箱處有火星，隨即通知車間停機(jī)，檢查發(fā)現(xiàn)該風(fēng)機(jī)葉輪主軸在軸承箱輸入端斷開(kāi)。

該風(fēng)選風(fēng)機(jī)葉輪主軸長(zhǎng)1418 mm，最大直徑Φ108.5 mm，斷裂處直徑Φ100 mm。該風(fēng)機(jī)主軸一般故障率低，故倉(cāng)庫(kù)沒(méi)有安全庫(kù)存?zhèn)浼?。?jīng)聯(lián)系設(shè)備生產(chǎn)廠家，新軸加工周期最快14 d。現(xiàn)恰逢生產(chǎn)任務(wù)緊，客戶訂單催得急，為有效縮短維修時(shí)間，并最大程度減少生產(chǎn)損失，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)葉輪主軸斷裂故障原因分析，在不具備存有加工新軸用1418 mm 長(zhǎng)的熱處理棒料前提下，經(jīng)研討確定采用嵌入銷軸，坡口對(duì)焊的維修方案進(jìn)行恢復(fù)性修復(fù)。該維修方案簡(jiǎn)單可靠，連接牢固，完全滿足風(fēng)選風(fēng)機(jī)葉輪主軸的使用性能要求。

1 故障原因分析

1.1 故障現(xiàn)象

MQS5-54 NO13C-M 風(fēng)選風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)振動(dòng)大，這種現(xiàn)象在平時(shí)設(shè)備巡檢時(shí)就發(fā)現(xiàn)，檢查時(shí)風(fēng)機(jī)電機(jī)接線盒電纜接觸不良而停機(jī)，沒(méi)有全面考慮電機(jī)接線盒電纜接觸不良是由于風(fēng)機(jī)振動(dòng)引起的，因而沒(méi)有發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)振動(dòng)的真正原因。車間維修人員午休時(shí)通過(guò)窗戶發(fā)現(xiàn)風(fēng)選風(fēng)機(jī)軸承箱處產(chǎn)生火星，通知車間緊急停機(jī)。此前生產(chǎn)車間操作人員在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)風(fēng)選機(jī)落料，而鋪裝線上部的纖維儲(chǔ)料倉(cāng)不落料。根據(jù)平時(shí)的工作經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為是纖維儲(chǔ)料倉(cāng)上面的撥料器堵塞引起不落料，準(zhǔn)備去現(xiàn)場(chǎng)檢查情況。斷開(kāi)風(fēng)選系統(tǒng)設(shè)備電源，現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)核查，首先檢查電機(jī)，拆卸接線盒，經(jīng)搖表測(cè)量電機(jī)完好，然后手盤電機(jī)，通過(guò)三角帶帶動(dòng)風(fēng)選風(fēng)機(jī)主軸軸承箱輸入端部分轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸軸承箱輸出端部分不轉(zhuǎn)。放空軸承箱內(nèi)的潤(rùn)滑油，拆卸風(fēng)選風(fēng)機(jī)主軸軸承箱上壓蓋，主軸輸入端部分及裝配在上面的軸承和皮帶輪傾斜，檢查發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)葉輪主軸在輸入端的Φ100 mm～Φ108.5 mm 臺(tái)階處斷開(kāi)（圖1）。

圖1 葉輪主軸斷裂部位

1.2 故障原因分析

放空軸承箱內(nèi)的潤(rùn)滑油，拆卸風(fēng)選風(fēng)機(jī)主軸軸承箱上壓蓋，將斷裂的裝配有軸承和皮帶輪的主軸輸入端部分移出軸承箱座。拆卸風(fēng)選風(fēng)機(jī)入口管道短接，然后再拆除風(fēng)機(jī)集風(fēng)口、外殼，檢查風(fēng)機(jī)葉輪上無(wú)木質(zhì)纖維結(jié)垢和扭曲變形，葉輪完好無(wú)損。拆除風(fēng)機(jī)外殼座主軸孔防塵蓋，將風(fēng)機(jī)葉輪及裝配有軸承的主軸輸出端部分從外殼座內(nèi)取出來(lái)。然后再拆卸風(fēng)機(jī)主軸軸承箱底座。

檢查主軸輸入端部分Φ100 mm～Φ108.5 mm 臺(tái)階處斷裂部位，該處設(shè)計(jì)裝配軸承22320CA，按裝配要求軸徑尺寸精度應(yīng)為Φ100-H7/m6，軸承與軸的配合為過(guò)渡配合，用游標(biāo)卡尺測(cè)量該處裝配軸承的軸徑尺寸為Φ98 mm，軸承內(nèi)徑與軸之間存在2 mm 間隙。由于風(fēng)機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速高達(dá)1250 r/min，且存在振動(dòng)，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，主軸輸入端的軸承內(nèi)徑與主軸間磨損逐漸加重，風(fēng)機(jī)葉輪振動(dòng)加?。ㄆ陂g曾因風(fēng)機(jī)葉輪振動(dòng)大，電機(jī)過(guò)載停機(jī)1次，電機(jī)接線盒電纜接觸不良停機(jī)1 次），風(fēng)機(jī)葉輪主軸在Φ100 mm～Φ108.5 mm 臺(tái)階處產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，久而久之導(dǎo)致主軸彎曲變形而斷開(kāi)，斷開(kāi)傾斜的主軸輸入端部分在高速旋轉(zhuǎn)皮帶輪的作用下，與軸承箱底座密封壓蓋及斷開(kāi)的主軸輸出端部分相互摩擦產(chǎn)生火星。

2 修復(fù)處理

針對(duì)風(fēng)選機(jī)風(fēng)機(jī)主軸斷裂故障，在沒(méi)有庫(kù)存?zhèn)浼臈l件下，為縮短停機(jī)時(shí)間、減少停機(jī)損失，本著節(jié)約成本的原則，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)研究分析，并結(jié)合以往斷軸維修的經(jīng)驗(yàn)，確定采取嵌入銷軸、坡口對(duì)焊的工藝焊接加工修復(fù)。

2.1 斷軸部分預(yù)處理

經(jīng)檢測(cè)核實(shí)，風(fēng)選機(jī)風(fēng)機(jī)主軸斷裂部分直徑為Φ100 mm，材料為調(diào)質(zhì)熱處理的45#鋼。由于斷軸部位位于Φ100 mm～Φ108.5 mm 臺(tái)階處，屬應(yīng)力集中部位，不宜直接進(jìn)行焊接（圖2），需要對(duì)風(fēng)選機(jī)風(fēng)機(jī)主軸斷裂部分進(jìn)行預(yù)處理，首先在鋸床上，將主軸的兩根斷軸分別距其端面鋸掉5 mm，去除應(yīng)力集中部位，然后上車床修正兩根斷軸端面至平整，其次在其端面中心分別鉆Φ50-H7、深度為100 mm 的孔（孔徑大小為主軸軸徑的1/2，深度為主軸軸徑的長(zhǎng)度），且確保孔與軸同軸，接下來(lái)分別在2 根斷軸的端面加工出45°的倒角，作為焊接坡口（圖3）。

圖2 去除軸斷面應(yīng)力集中部位

圖3 軸斷面預(yù)加工

利用庫(kù)存現(xiàn)有的45#鋼調(diào)質(zhì)熱處理棒料，上車床加工一根用于對(duì)中的Φ50-n6，210 mm長(zhǎng)的圓柱銷軸。然后在銷軸外徑上加工出長(zhǎng)210 mm，半徑為3 mm的半圓槽，目的是利于在斷軸與銷軸過(guò)盈裝配時(shí)充分排出斷軸內(nèi)孔里的空氣，消除應(yīng)力。斷軸內(nèi)孔與銷軸裝配形式采用H7/n6的過(guò)盈配合，過(guò)盈配合同軸性好，能使主軸承受較大的軸向力、扭矩及動(dòng)載荷。

2.2 焊接方法（圖4）

圖4 焊前裝配

采用動(dòng)力壓入法，用焊有兩個(gè)吊耳的直徑Φ100 mm，長(zhǎng)度1000 mm 的圓鋼棒料作為沖擊錘，首先固定牢固風(fēng)機(jī)主軸輸入端斷軸，在沖擊錘的反復(fù)沖擊作用下，將對(duì)中用的Φ50 mm 圓柱銷軸過(guò)盈配合壓入斷軸中心孔內(nèi)，然后再固定牢風(fēng)機(jī)主軸輸出端斷軸，將輸入端斷軸裝有的圓柱銷軸，壓入風(fēng)機(jī)主軸輸出端斷軸中心孔內(nèi)，連接好兩根斷軸，并確保兩斷軸端面間距為10 mm，以滿足原主軸的長(zhǎng)度1418 mm，這種動(dòng)力壓入方式實(shí)用，操作方便。

兩根斷軸裝配連接好后，采用手工電弧焊來(lái)焊接，操作方便。焊條采用堿性焊條J507，抗裂性能好，焊前將焊條置于350 ℃烘干箱中烘干1 h，并用石棉被將焊口兩側(cè)非焊接部位蓋好，以防焊渣飛濺損傷軸面，在斷軸倒角坡面和銷軸夾角處，用Φ2.5 mm焊條將兩部分?jǐn)噍S與圓柱銷軸四周均布點(diǎn)焊，定位牢固，然后將裝配好的主軸放在V 形鐵架上，采用直流反接，用Φ2.5 mm 焊條來(lái)打底焊接，選用較小電流90～100 A，以降低焊縫的熔合比，有效消除焊接變形量。

采用橫向?qū)ΨQ焊法，首先在兩斷軸倒角坡面和銷軸交匯處用Φ2.5 mm 焊條堆焊一段連接焊道，然后沿圓周旋轉(zhuǎn)主軸180°繼續(xù)焊接，直至焊完整圈焊道；其次如上法所示，沿兩斷軸倒角坡面，在連接焊道上堆焊一道加強(qiáng)焊道，然后依次在倒角坡面兩側(cè)連接焊道之間堆焊底層焊道，如上法所示，形成底部堆焊層。

接下來(lái)焊接填充，焊接填充時(shí)，采用多層焊，焊層厚度確保4 mm 以下，焊條采用Φ3.2 mm 電流控制在120～130 A。在底部堆焊層上繼續(xù)焊接堆焊焊層，形成填充堆焊層，并及時(shí)小錘錘擊焊道，然后繼續(xù)在底部堆焊層上焊接第二層焊道，如上依次焊接，直至填充滿整個(gè)倒角坡口，且保證上部焊層高于兩側(cè)斷軸面3 mm，以作為后序機(jī)械加工余量，最后焊補(bǔ)斷軸Φ100 mm 磨損部分（圖5），注意每層堆焊完成后要及時(shí)用小錘錘擊焊道，以減少應(yīng)力變形。

圖5 焊接圖

2.3 機(jī)械加工

風(fēng)選風(fēng)機(jī)主軸全部焊接完成后，放置在室溫環(huán)境下，自然冷卻2 h，以防產(chǎn)生裂紋，影響焊接質(zhì)量。肉眼外觀檢查風(fēng)機(jī)主軸的各焊縫是否存在裂紋、氣孔、砂眼等缺陷，發(fā)現(xiàn)后并及時(shí)補(bǔ)焊修正，以消除隱患。用手持角磨機(jī)將焊層上的焊瘤、焊渣去除修平，然后上車床，找正定位好主軸中心，首先粗加工風(fēng)機(jī)主軸，至軸徑所需的尺寸Φ100 mm 和Φ108.5 mm，并確保主軸總長(zhǎng)度符合原主軸長(zhǎng)度1418 mm，同時(shí)初步校正各軸徑的同軸度。主軸各尺寸精度能保證后，再精加工以恢復(fù)主軸軸承裝配精度Φ100-H7、徑面粗糙度1.6、3.2，精準(zhǔn)校正各軸徑的同軸度0.08 mm，確保風(fēng)機(jī)主軸能滿足使用性能要求（圖6）。

圖6 風(fēng)機(jī)葉輪主軸斷裂修復(fù)

3 結(jié)論

常用金屬斷軸修復(fù)的方法有直接對(duì)焊法、螺紋擰入焊接法。直接對(duì)焊法較適合小徑基短軸斷軸的修復(fù)，螺紋擰入焊接法加工復(fù)雜，周期長(zhǎng)。本文介紹的嵌入銷軸，坡口對(duì)焊的修復(fù)方法，用料簡(jiǎn)易，操作方便，實(shí)施簡(jiǎn)單，既適合于輕載荷，小徑基短軸斷軸的維修，又適合于大扭矩、重載荷，大徑基長(zhǎng)軸的斷軸修復(fù)，是一種切實(shí)可行的斷軸修復(fù)方法。在以往設(shè)備故障維修過(guò)程中采用嵌入銷軸的方法已處理過(guò)3 起斷軸事件，安裝使用后未出現(xiàn)異常，使用時(shí)間均已超過(guò)2 年，徹底消除了職工心目中斷軸修復(fù)后無(wú)法正常運(yùn)行，或存在設(shè)備隱患的疑惑。

僅以幾百元的費(fèi)用，在無(wú)庫(kù)存?zhèn)浼靶螺S加工周期長(zhǎng)無(wú)法及時(shí)交貨的前提下，用時(shí)6 h 就能完成維修，恢復(fù)生產(chǎn)，且能保證較高的強(qiáng)度和同軸度，滿足風(fēng)機(jī)葉輪主軸的使用性能要求。風(fēng)機(jī)主軸斷軸維修安裝使用至今已有2 年時(shí)間，未發(fā)現(xiàn)異常，不僅降低了維修成本，同時(shí)也縮短了停機(jī)時(shí)間、減少生產(chǎn)損失，保證生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行。