1、膨脹烘干機的工作原理和主要結構
1.1工作原理
膨脹烘干機主要由主電機、液力偶合器、齒輪減速箱、膨脹烘干機主體4部分組成。其主體部分結構示意圖見圖1。
由擠壓脫水機輸出的膠料，通過膨脹烘干機進料斗連續不斷地喂人進料段，然后通過剪切螺釘剪切膠料，旋轉螺桿擠壓膠料并把其沿軸向輸送推進；與此同時，采用過熱蒸汽加熱膠料至100-175℃，以軟化膠料而利于擠壓、烘干，逐步升溫增壓的膠料由擠出段輸出并被壓人模板并擠出。由于膠料在機筒內受到剪切、擠壓和摩擦作用，到擠出段膠料壓力已升至5～7MPa，當處于受壓狀態的膠料從模板噴嘴以高速噴出時，因模板外側的空間突然增大，膠料的壓力由約7 MPa驟降至0，使膠條突然膨脹放松，膠條內所含水分迅速閃蒸氣化，并由此達到使膠料進一步膨脹烘干的目的。
1.2主要結構
主螺桿由24節螺套依次套在螺桿主軸上并通過鍵聯接而組成，首段螺套為5圈等螺距螺紋，為便于安裝剪切螺釘，壓縮段和擠出段均設計成單開放式的斷續螺紋，各段螺距均不相同。螺距由低壓側向高壓側逐漸縮小，利用螺距縮小來造壓和增加摩擦省熱，以擠出膠料中的水分，提高烘干能力。螺桿頭為錐形結構，利于螺桿主軸的調心定位。
3段夾套式機筒彼此用螺栓聯接，每段機筒都有供蒸氣加熱或水冷卻的進出口。，沿機筒每隔一段距離的四周上均布有4個由外向內壁延伸凸出的剪切螺釘，共20圈，剪切螺釘與螺套的螺槽相對應，其作用是斷裂剪切螺桿上的膠料，阻止膠料隨螺桿同軸旋轉并促使其沿軸向擠壓推進。
每兩節機筒或與短節的聯接處共4處村有支撐襯套，對機筒的安裝起定心作用及利于機體的密封。支撐襯套內表面堆焊3mm左右的硬質合金層，與4個支撐襯套位置對應的E、F兩節螺旋套表面也堆焊硬質合金，以提高耐磨性。在擠出段的末端裝有模板，用螺栓固定在短節。烘干機的螺桿主軸為單端固定的懸臂軸，懸臂端長達3.9 m，懸臂端主要靠4個支撐襯套支撐。
2、膨脹烘干機斷裂主軸的檢查
發現主軸斷裂后，當天進行拆檢。解體檢查時發現烘干機主軸是在第一節螺旋套定位軸肩A截面處斷裂見圖2，斷口呈剪切斷面。支撐襯套是9月1日檢修時更換的，經檢查，四節支撐襯套的磨損都很小，各節螺套也未發現磨損，說明9月1日的檢修安裝質量沒有問題。檢修開車后只有兩次停車，一次是因前工段改造計劃停車，再有就是9月23日主軸斷裂停車，說明在這期間的操作也沒有大的問題。
3、膨脹烘干機主軸斷裂分析
3.1主軸斷裂原因
從主軸的斷裂截面來看，軸的斷裂屬于疲勞破壞。軸在運行過程中，通過穿在主軸上的螺套將橡膠由進料段推進到模頭處，主軸主要承受扭轉剪切應力，由于外部負載變化的影響，剪切應力也呈周期性變化，這樣就產生了交變應力。軸在交變應力的作用下，產生疲勞斷裂。從金屬的疲勞斷裂理論分析，主軸斷裂的產生經歷了3個階段。
(1)與主應力方向大體成450傾斜的疲勞擴展是第1階段。本階段一般僅一兩個晶粒深，但所占疲勞壽命的比例卻不低。由于裂紋擴展的速率很低，故在這部分斷口上一般看不出任何擴展的特征形貌。
(2)與主應力方向垂直的疲勞擴展是第Ⅱ階段。在此階段中，每經一個載荷循壞，裂紋就往前擴展一步。在循環加載、卸載過程中，將在裂尖區產生塑性變形區，此時受到拉伸和壓縮性應變循環，就要發生局部斷裂擴展，塑性區也往前推進一步。根據載荷的不同，每一循環中開裂的金屬可能經歷了不止一次二次，而許多次的塑性應變循環。
(3)瞬斷區。此時，由于有效截面很小，加上裂紋很深而應力集中，應力強度因子達到很高的水平，其斷裂過程同單調加載情形相似。
3.2主軸交變應力產生的原因
3.2.1開、停車過于頻繁該裝置開工以來，后處理設備運行一直不太穩定，僅在運行的近兩個半月內，B線共開、停車達55次之多，從電機開車的計數器上顯示，這55次開、停車電機啟動116次。由于膨脹烘干機的主電機功率高達588 Kw，每次膨脹烘干機電機的啟動都將使烘干機主軸的扭轉應力由零突變至最大值，此時的主軸承受了巨大的交變應力。而自7月1日至9月23日短短的80多天里，烘干機主軸就受到了116次負載由零突變至最大值的交變應力突變，這種交變應力的產生，對軸的斷裂產生重大的影響。
3.2.2下料不均膨脹烘干機正常操作時，主軸轉數應根據進料量大小適當調整。7月份以來：經常發生凝聚釜到后處理的物料負荷波動幅度過大的情況，嚴重時甚至斷料。在物料負荷波動幅度過大的情況下，相應的螺桿轉數不可能及時做相應調整。在進到烘干機內的物料偏少時，在機體內會出現間斷空膛，而間斷空膛要比機體充滿物料時在主軸上產生的扭轉應力小，這種交變載荷也是產生交變應力的原因之一，雖然此時產生的交變應力和開停機產生的交變應力相比要小很多，但是，下料不均的情況卻時刻存在，產生交變應力的次數也相當巨大，因此對主軸的疲勞斷裂也產生重大的影響。
3.2.3頻繁堵料在于燥機進料段發生堵料時，進料段的物料積存在進料斗，不再進到機體內，而操作人員不可能每次都及時發現烘干機已經堵料并馬上停機，此時烘干機大電機將繼續運轉。由于此時物料不再進到機體，而主軸還在繼續旋轉，此時主軸受到的剪切力要小于正常開車時的剪切力，兩者間的剪切力的差別要大于機體間斷空膛的情況，此時產生的交變應力對主軸斷裂也是重要原因之一。
3.2.4螺套與下料斗發生機械摩擦由于斷料及下料不均，經常造成螺套與下料斗發生摩擦，直至發熱、發紅，此時主軸的溫度已達到600 -700℃，致使主軸進料段處形成多次退火，其強度極限已嚴重下降。此次主軸斷裂時正處于因摩擦發紅狀態，而高溫狀態下材料的強度極限比正常溫度下的強度極限低很多。所以，因摩擦發熱、發紅造成主軸強度嚴重下降，也是主軸斷裂的主要原因之一。
3.3軸的結構不合理
分析主軸斷裂的原因，除了交變應力的影響，斷裂處的應力集中也是重要原因之一。據了解，與大慶石油化工總化工廠同型號的膨脹烘干機，北京燕化橡膠廠的烘干機主軸曾多次發生斷裂，茂名石化橡膠廠同型號的膨脹烘干機去年曾發生過主軸斷裂的故障，前不久叉發生了同樣的故障，且斷裂部位都相同。分析各廠主軸斷裂的原因，主軸結構不合理也是重要原因之一。由于軸肩處產生應力突變，造成該處應力集中，在交變應力作用下，加劇了主軸斷裂的周期。
4、防止主軸斷裂的措施
4.1加強操作人員的技術培訓
要防止膨脹烘干機主軸斷裂，首先要保證膨脹烘干機的安全平穩運行，盡可能降低非計劃停車次數。所以要在加強操作人員的技能培訓上下功夫。根據膨脹烘干機的各項運行參數，制訂當運行參數超標時如何調整的各項措施，并認真組織操作人員進行技術培訓，考試合格后上崗，確實保證膨脹烘干機的安全平穩運行。
4.2穩定凝聚單元的操作
后處理單元的上一道工序是凝聚單元，凝聚單元的操作是否穩定、生產負荷是否穩定是影響后處理單元是否平穩運行的重要因素。前面已分析，由于下料不均，對膨脹烘干機主軸的疲勞斷裂會產生重要影響。所以，穩定凝聚單元的操作，保證主產負荷的平穩，是保證膨脹烘干機安全平穩運行的對策之一。
4.3提高橡膠產品的內在質量
橡膠產品內在質量的好壞，直接影響到橡膠后處理設備尤其是膨脹烘干機的操作。橡膠產晶的內在質量取決于聚合單元聚合反應的好壞。聚合反應好，并且穩定，橡膠的門尼值恒定，凝膠含量低，橡膠的各項性能指標優良，到后處理單元的橡膠就不易堵、不易掛，反映在膨脹烘干機的設備操作上就不易堵料。如果聚合反應不穩定，橡膠物性就不好，在膨脹烘干機的操作上反映出來的就是易堵料，設備的各項操作參數失控。而聚合反應的好壞，和回收單元精制的原料丁二烯和溶劑油的質量有關，還和操作人員的操作水平有關。所以，只有加強對橡膠產品內在質量的控制，膨脹烘干機的運行才會平穩。
4.4增加設備連鎖保護
為了加強膨脹烘干機的安全平穩運行，針對膨脹烘干機的操作特點，下一步要增加設備的聯鎖保護，使得操作人員能夠及時發現設備運行異常現象。比如增加堵料報警聯鎖、模頭壓力聯鎖以及大電機頻繁啟動延時聯鎖等，切實保證膨脹烘干機的安全平穩運行，延長其使用壽命。
4.5優化主軸結構
由于膨脹烘干機主軸軸肩處的應力集中是引起主軸斷裂的原因之一，所以在有機會對主軸結構進行改造時要對此處結構加以優化，避免或減少應力集中。比如在此處加軸套等。
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