捅风眼机的失效分析及设计探讨蒋宗来

捅风眼机的失效分析及设计探讨蒋宗来

蒋宗来

（山东恒邦冶炼股份有限公司山东烟台264000）

摘要：捅风眼机在使用过程中，经过多次检修，在检修过程中发现失效形式有多种，分析其失效原因，找出失效的关键因素，改进安装步骤及方法，指明在检修时需严格控制的事项，提高检修人员素质，延长捅风眼机使用寿命。

关键词：捅风眼机；齿轮；气缸；马达针套；导向机构；疲劳断裂

1绪论

捅风眼机主要是利用气缸往返运动，带动钎杆捅打转炉风眼装置，一方面确保回转式脱杂炉在冶炼时有足够的供风量，另一方面是用钢钎将粘结在风眼附近的冰铜、渣层等粘结物清理掉。

捅风眼机是一项较为成熟的机械设备在国内很多单位都在使用，因此设计上不会存在明显的缺陷，但在实际操作过程中经常会出现问题而导致无法满足正常生产需求，从而造成工人劳动强度、生产效率低等一系列问题，因此，本文将着重介绍捅风眼机在火法冶炼过程中常见问题分析及为解决问题在安装精度和部分零部件上进行的改造。

2捅风眼机的机械性能与参数

捅风眼机设备主要机械装备见示意图2-0

图2-0

捅风眼机主要技术参数：

摆线针轮减速机BW-18-23速比：23

活塞式气动马达TMHH3功率：3KW转速：2800r/min

储气罐工作压力：1.0MPa设计温度：150℃容积：200L

气缸行程L=1400mm;

工作压力4×10^5Pa；

捅打力2300~4500N；

捅打时间≤1.5S；

轨道间距2000mm；

钎杆中心高为620mm；

捅风眼机总高≤2200mm；

钎杆端部距捅风眼机车体≥660mm，钎杆行程1400mm；

风眼内径Φ52、数量34个、间距152mm；

3捅风眼机常见部件损坏形式、失效分析及采取措施

3.1减速机输出齿轮问题

捅风眼机减速机为齿轮传动，主要由行走齿轮和齿条组成，齿轮固定在减速机输出轴上，输出齿轮与地面齿条保持严格的传动比，减速机转矩的改变使捅风眼机行走的速度或运动方向发生改变，从而使捅风眼机获得精确的位移。实践证明，捅风眼机驱动齿轮经常失效，其主要形式有3种，分别为轮齿折断、齿面点蚀、齿面磨损，其它未发生形式不做说明。

3.1.1轮齿折断

捅风眼机在工作时，齿轮传动过程中轮齿承受弯曲应力，其齿根部分的弯曲应力最大，并且在齿根的过渡圆角处有应力集中，当齿根处受拉一侧产生疲劳裂纹时，轮齿会发生疲劳折断。

为提高齿轮的抗折断能力，可采取以下几种方式对齿轮进行处理：①适当增大齿根圆角半径以减小应力集中；②合理提高齿轮的制造精度；③正确选择材料和热处理方式；④对齿根部位进行喷丸、碾压等强化处理；⑤齿轮啮合紧密。

3.1.2齿面点蚀

实践表明，当捅风眼机在低速重载与频繁起动的传动形式下，摩擦力剧增，疲劳点蚀会首先出现在齿面节线附近的齿根部分上，发生点蚀后，齿轮会产生剧裂的振动，噪音很大，以至于不能正常工作而使传动失效。

齿面抗点蚀能力主要与齿面硬度有关，提高齿面硬度、降低齿面粗糙度、合理选用润滑油粘度等，都能提高齿面的抗点蚀能力。

3.1.3齿面磨损

在生产实践中，作业环境存在烟尘等细微颗粒物时，齿面间会落入沙粒、铜屑等磨料性物质，在齿轮传动过程中，齿面将被逐渐磨损。齿面磨损后，齿廓形状破坏，从而引起冲击、振动和噪声，甚至因齿厚减薄而发生轮齿折断。实践证明，齿面磨损是捅风眼机齿轮传动的主要失效形式。

3.2气缸

气缸是捅风眼机捅打的主要元件，气源经阀组转换，从活塞两侧交替供气，从两个方向输出力做往复摆动并实现具有一定捅打力的捅打作用。捅风眼机上的气缸主要发生缓冲气孔堵塞以及气杆与球头螺纹失效形式，常见故障如气缸漏气、不动作、动作缓慢或串气的现象在此不做叙述。

图3-2-1改造示意图

3.2.1缓冲气孔堵塞

因缓冲气孔堵塞，造成回缸后坐力大，是引起机件损坏常常被忽视的问题。实践表明，在使用一段时间后，气缸内壁会残留部分油渍，在气缸端盖富集后容易将缓冲气孔堵塞，缓冲气缸在接近行程末端时速度较高，单纯调节节流阀无法打开缓冲孔，活塞就会以很大的力撞击端盖，引起振动和损坏机件。

合理选用缓冲气孔的大小、位置对气缸影响较大，我公司对气缸改造示意图见图3-2-1，有效减少气缸回缸后坐力，提高气缸寿命。

3.2.2气杆与球头螺纹失效形式

气缸气杆前端采用螺纹式联接球头，球头与钎杆座采用球面包固，日常工作中，在往复冲击力的作用下，其失效形式主要表现为气杆螺纹牙的压溃、剪断或螺栓被拉断，如果螺纹精度低或联接时常装拆，甚至会发生滑扣现象。

3.3疲劳断裂

疲劳断裂是一个损伤累积的过程。初期，由于表层的某种缺陷，如夹渣、气孔或成分偏析等，在零件表层形成微裂纹，随着应力循环次数的增多，裂纹不断扩展，同时断层上的轴每转一周受一次挤压作用，经过反复多次的挤压，会呈现光亮状态，在螺栓产生裂纹的截面上，没断裂的截面积在不断减少，因而其上的工作应力不断增大，当工作应力超过许用应力且不足以承受外载荷时，就会突然断裂，如图3-3-1所示。

图3-2-2螺栓杆的疲劳断面图

图3-3-2采用球面接触示意图

未减少疲劳断裂，生产中一般采用一下三种方式进行处理，①采用高精度机床加工球面及整体铸钢钎座球面，确保球面接触均匀，可有效解决间隙晃动问题，并使钎座磨损后气缸下沉有一定的调节余量；②采用关节轴承，将销钉垂直放置，也能起到一定的调节余量；③气杆加粗，确保有足够的横截面，并且加工细牙螺纹，可减少螺纹牙剪断或螺栓被拉断现象发生。

3.4马达针套

马达针套在载荷作用下，将产生弯曲或扭转变形。若变形量超过允许的限度，会影响零件正常工作，甚至丧失机器应有的工作性能。若针套与针销配合间隙过大，将影响针套的正确啮合，使针套磨损沿径向方向局部接触，造成载荷在轴套面上严重分布不均。同时，针套与针销配合间隙过小，造成安装困难和过度发热。所以要对轴套的硬度做好调质，并对配合进行分析校核，控制其不超过允许值。

3.5导向机构

导向机构是确保气缸沿设定方向发生位移的装置，在安装使用过程中，确保导向杆、耐磨套之间的间隙，确保不发生大的位移。实践表明，由于钎杆座往复运动，采用橡胶套时，易安装，不耐磨损，一般使用一个月就必须更换；采用铜套时，难安装，并且对导向杆有一定磨损；而采用石墨套时，既耐磨，又对导向杆几乎无损伤，并能起到一定润滑作用。生产实践中，由于作业环境存在灰尘、料渣等物质，在导向套两端安装羊毛毡用来吸附导向杆上的灰尘、料渣，并定期更换羊毛毡，能保证杂质不会进入石墨套内部。

3.5缓冲器

虽然捅风眼机设计安装了减速限位，但在使用过程中，由于惯性作用，气缸冲击后钎座到达行程两端后仍不能及时停止，所以必须采用缓冲器减缓冲击力。缓冲器失效主要原因一方面是螺栓松动或脱落造成缓冲器偏移，另一方面是弹簧失效。一旦缓冲器失效，气缸两侧端盖将承受惯性冲击，极大影响气缸使用寿命。要求日常使用捅风眼机时，必须在使用前使用后仔细检查吗，及时紧固螺栓或更换弹簧。

4捅风眼机维护保养

设备在于保养，不在于维修，平时保养的好，就不会有维修。具体保养体现在一下几个方面：

1）爱护自己的设备，经常保养擦拭，保持清洁；

2）不超负荷使用设备，不违规使用设备；

3）检修时注意新旧部件的配合应用，尽量避免新旧混用；

4）组装部件时杜绝锤棒强制安装，避免引起部件损伤；

5）改善密封和润滑条件，提高齿面硬度，均能提高抗磨损能力；

6）平时多多观察设备运行状况，预防设备故障出现。

结束语

我公司通过优化操作步骤、合理改进设计、维保控制等精细化操作实践，大幅度提高了捅风眼机的操作性能。根据我公司7年多的生产实践，就捅风眼机设计方面提出以下建议：

1）选用疲劳强度高的材料或采用能够提高材料疲劳强度的强化工艺。提高加工精度，消除各部件配合间隙，保证捅风眼机稳定运行。

2）继续鼓励和支持设备优化，技术升级。使捅风眼机走向智能化、全自动化，减少工人劳动强度和改善工人劳动环境。

个人简介

姓名：蒋宗来（1988.8--）；性别：男，籍贯：山东省临沂市，学历：本科，毕业于东北大学；现有职称：助理工程师；研究方向：机械设备；