磨煤机拉杆断裂原因分析

磨煤机拉杆断裂原因分析
一、设备情况简介
我公司磨煤机是北京电力设备总厂生产的 ZGM113G 型中速辊式 磨煤机。其拉杆机构起到连接在三角压力框架和筒体上、支撑三个磨 辊装置及对磨辊装置施加 5-15MPa 的碾磨压力的作用。完整的拉杆 机构由上拉杆、下拉杆、球面调心轴承、测量标尺、行程开关装置、 密封组件以及连接卡套等部分组成。 拉杆材料为 42CrMo，分为上下两段拉杆，上拉杆通过球面调心 轴承连接于上三角压力框架上，经拉杆上、下部密封组件由架体的密 封加上引出，通过连接卡套与下拉杆相连接，下拉杆再通过连接卡套 与液压油缸链接为一体，液压油缸底部有关节轴承，利用它将液压缸 固定在拉紧装置猫版上。 由于拉杆密封装置环境恶劣，与拉杆接触的密封部位的粉尘、细 煤粉粒浓度较大，细微煤粒容易形成高速涡流冲刷拉杆的密封部位。 上拉杆在运行中存在着较大的瞬间剪切应力及振动现象， 垂直振 动±35mm，水平串动-10mm，振动频率~2.0HZ。 2016 年 1 月 11 日 11 时 20 分， 运行人员通知， #1 炉 A 磨煤机电 流瞬间从 42A 降到 38A， 加载压力 10 秒钟内从 8.8Mpa 至 7.5Mpa 再 到 8.8Mpa。检修人员接到通知，立即到现场检查分析，经检查确认 为其中的 C3 磨辊拉杆发生断裂。 随即停止#1 炉 A 磨煤机运行。 更换 #3 磨辊拉杆及密封件。1 月 12 日 6 时 25 分#1 炉 A 磨煤机恢复正常

运行。
二、断裂原因分析
我公司的磨煤机在运行过程发现拉杆经常发生局部磨损现象， 拉 杆直径φ135 mm，磨损部位为拉杆上两段约 200mm 长度的圆周整圈 磨损深度 4mm～6 mm， 为了节省备件的投资费用， 从 2012 年开始部 分上拉杆磨损部位采取了补焊修复措施， 但 2016 年 1 月 12 日一根重 复修复补焊过的磨煤机拉杆从补焊部位整体横向断裂， 断裂后的宏观 图片（见图一） 。磨损的拉杆断裂图片（见图一、图二） 。拉杆结构图 （见图四） 。拉杆补焊修复图片（见图五）
图一

图二：上拉杆断裂现场图片
图三：上拉杆断裂图片

图四：拉杆结构图
图五：拉杆补焊修复图片 通过对拉杆断裂现象的观察分析。认为拉杆断裂由以下原因造 成。 1、从图一可以看出断口无塑性变形发生，断口有金属光泽，补焊区 域呈现黑色过热痕迹， 为断裂发生的起始位置， 即裂纹源。 由此判断， 补焊区域存在的焊接缺陷和较大的应力以及低塑性导致了材料从该 部位发生了脆性断裂。

2、拉杆在修复时采用普通焊接方法，补焊后易产生冷裂纹，在长期 剪应力作用下和因较重石子煤、黄铁矿、铁块等等引起磨辊装置带动 拉杆产生不规则振动作用力下，裂纹逐渐扩展，以至最终断裂。 3、拉杆密封处加工造成的影响：由于拉杆加工条件限制，拉杆密封 处堆焊精加工未能达到工艺要求：a） 、材质耐磨性能不好；b） 、材质 硬度不够；c） 、加工光洁度不够；d） 、焊前预热或焊后热处理工艺不 当；e)、拉杆密封处堆焊后，材质发生变化，拉杆抗拉力及柔性下降。 4、拉杆密封处进行反复加工使用的影响：本公司#1、#2 炉磨煤机已 运行约四年之久， 拉杆磨损后都是再加工使用， 某些拉杆已多次使用。 目前发现已有两根拉杆断裂。拉杆密封处进行反复加工使用，拉杆抗 拉力及柔性变差，易造成拉杆断裂。 5、磨煤机制造厂设计的拉杆密封采用刚性密封环与拉杆接处，完全 依靠密封风与一次风的压差来阻止磨内煤粉向外部泄漏， 一旦煤中夹 杂有铁丝、焊条头等铁件时就极容易造成刚性密封环的磨损，密封间 隙增大后大量煤粒从磨内漏入拉杆密封小室内， 逐渐将拉杆下密封损 坏，从而增加拉杆密封部位的磨损。
三、防止断裂的建议
1、尽可能减少拉杆密封处磨损：全部将把上下拉杆密封芯改成锥形 结构，以减少煤粉和杂物的堆积，并在拉杆密封芯内镶入耐高温氟橡 胶，形成拉杆与橡胶套的摩擦，减小了拉杆的磨损，增强密封效果。 如下图六

图六：改后的拉杆密封 2、拉杆修复焊接材料的控制与选用：综合 42CrMo 钢的焊接性能及 磨煤机拉杆的尺寸、工作特点，选用 J507 焊条。J507 焊条与 35CrMo 的强度相当，强度虽略低于 42CrMo，但采用这种低匹配焊条施焊，

对降低焊接时冷裂倾向较为有利，采用 J507 焊条工艺较简单，容易 实现工艺要求。 3、 拉杆修复的焊接要求： 为了有效地防止42 CrMo高强度钢焊接冷裂 纹的产生，预热是非常必要的。预热可以减缓焊接接头的冷却速度， 适当延长冷却时间，从而减少或避免淬火组织，焊后及时进行热处理 可减少或消除焊接残余内应力，改善焊层的显微组织。 （1）焊前严格清除工件表面的油污、铁锈、水渍； （2）对工件补焊区域及两侧各300 mm长的范围内进行预热，预热温 度为300℃，升温速度80℃／h； （3）采用J507焊条，焊条直径φ3.2mm，使用前经300℃~350℃烘干 2小时，然后放入保温筒内，随用随取； （4）采用直流反接(即工件接负极) ，焊接电流80A～110 A； （5）施焊过程中在焊接区域两侧采用履带式加热器保温，连续施焊， 控制层间温度在300℃一350℃的范围内。在不产生裂纹的情况下，每 个焊层尽量簿，一般不大于焊条直径，每条焊道的引弧、收弧处要错 开，收弧时填满弧坑。对每层焊道进行认真检查，对已产生的气孔、 裂纹等缺陷须彻底清除后，再重新进行焊接。焊至堆焊层高度比工作 面高出1 mill左右； （6）去应力退火处理。整个工件堆焊完毕后，在冷却至300℃以前升 温至550℃，保温4 h，升温速度为80℃／h，150℃后可不控制。去应 力退火工艺。 4、尽量不采用焊接方法进行拉杆修复。

5、对焊接修复后的拉杆，焊接修复完成后和投入使用一段时间后需 进行探伤检查。
编写：林水生 时间：2016 年 2 月 1 日