壓縮機(jī)曲軸平衡塊螺栓緊固失效原因分析

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1、3LH-10/8-G型無油潤滑壓縮機(jī)事故分析施瑤君（余姚通用機(jī)器廠（余姚捷華壓縮機(jī)有限公司?）?浙江余姚?315400）摘要：對壓縮機(jī)曲軸平衡塊螺栓緊固失效的原因和演變過程進(jìn)行了深入分析，找出了螺栓緊固失效的直接原因和間接原因，并提出了防范措施。關(guān)鍵詞：壓縮機(jī)；振動(dòng)；平衡塊螺栓；初始預(yù)緊力；緊固失效3LH-10/8-G?Oil-free?Compressor?AccidentAnalysisShiYaojun（YuyaoGeneralMachinery?Factory(YuyaoJiehuaCompressorCo.,Ltd.)Yuyao,Zhejiang315400）Abstrac

2、t:Forfailurereason?andevolutionofthecompressorcrankshaftbalanceweight’sboltproceed?depthanalysis,andfind?the?direct?causesand?indirectcausesofboltfastening?failure,and?prevent?measures.Keywords:compressor；vibration；balance?block?bolts；initial?preload；fastening?failure1前言某針織廠一臺工藝用LW-10/8型無油潤滑壓縮機(jī)

3、在用戶自行調(diào)試使用十二天后，運(yùn)行過程中突然發(fā)生了嚴(yán)重的事故，曲軸的兩個(gè)平衡塊撞碎機(jī)身后端鑄鐵蓋板后飛離壓縮機(jī)，一級十字頭體破裂，其主要零件均受到不同程度的損壞，直接經(jīng)濟(jì)損失在6萬元以上。分析這次事故的產(chǎn)生原因，對同類型壓縮機(jī)的安裝調(diào)試和制造質(zhì)量控制具有一定的借鑒作用。2事故現(xiàn)場情況壓縮機(jī)曲軸的兩個(gè)平衡塊掉在離機(jī)身1米左右的地上，其中右端平衡塊尚帶一支緊固螺栓，左端平衡塊尚帶二支緊固螺栓，四支平衡塊緊固螺栓除一支在曲軸箱內(nèi)脫落時(shí)擊碎油過濾器后存在彎曲外，其余三支均無明顯的變形現(xiàn)象。進(jìn)一步對主機(jī)解體時(shí)發(fā)現(xiàn)：與一級活塞桿相連接的十字頭體的上端部已斷裂，部分碎片落在曲軸箱內(nèi)，一級活塞桿端部與

4、連桿小頭端有嚴(yán)重的相互撞擊痕跡。一級氣缸下部的一只吸氣閥已嚴(yán)重破碎，其中一塊約60×30×14（mm）的閥蓋碎片已落入氣缸內(nèi)部，該氣閥的制動(dòng)器端部小平面有一個(gè)直徑約10mm的凹形深坑，頂緊用的壓閥螺釘端頭也呈現(xiàn)半球形狀。對四支曲軸平衡塊緊固螺栓及曲軸的4個(gè)M20螺紋孔進(jìn)行了檢查，其螺紋牙形都完好無損，螺紋精度符合圖樣要求，螺栓端部平面與螺紋軸心線垂直度亦符合要求。但是進(jìn)一步檢查后發(fā)現(xiàn)，螺栓端部平面與平衡塊螺栓孔平面的緊固接觸面痕跡只有20%左右，遠(yuǎn)小于圖樣規(guī)定的接觸面積≥70%的要求。3事故發(fā)生原因分析（1）該機(jī)在正式使用前，由用戶自行調(diào)試。調(diào)試前，按隨機(jī)產(chǎn)品使用說明書要求對各級吸排

5、氣閥作了去除油封的清洗處理。但在安裝氣閥時(shí)，由于操作者缺乏經(jīng)驗(yàn)，未將其中的一只吸氣閥的壓閥螺釘完全頂緊，致使該吸氣閥在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生顫動(dòng)，繼而引起閥座密封面鋁墊圈破損斷裂后間隙增大，造成該氣閥在長期沖擊振動(dòng)下疲勞破裂，導(dǎo)致碎片進(jìn)入氣缸內(nèi)部。這一演變過程可由壓閥螺釘端部呈現(xiàn)的半球狀及氣閥制動(dòng)器端部平面的凹形坑證實(shí)。（2）當(dāng)一級活塞運(yùn)行至下止點(diǎn)位置時(shí)，因與氣閥碎片撞擊和曲軸旋轉(zhuǎn)力的作用，引起強(qiáng)度相對較弱的十字頭體上端部與十字頭主體斷裂。當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)一周后，十字頭體向上運(yùn)行，因斷口產(chǎn)生位移，造成一級活塞體撞擊一級氣缸蓋，這樣，缸體與缸蓋間的密封失效，冷卻水大量漏入氣缸內(nèi)部。此時(shí)，一級氣缸已失去工

6、作能力，但二級氣缸還在正常運(yùn)行，大量冷卻水被吸入二級氣缸，繼而引起二級氣缸液擊。由于一、二級平衡力嚴(yán)重失調(diào)和二級氣缸的液擊，使壓縮機(jī)的振動(dòng)急劇增大。（3）由于十字頭體斷裂和壓縮機(jī)振動(dòng)增大的原因，嚴(yán)重影響了平衡塊與曲軸之連接緊固螺栓的初始預(yù)緊力，從而產(chǎn)生了曲軸平衡塊螺栓緊固失效的事故。4螺栓緊固失效分析曲軸平衡塊緊固螺栓所用材料為35中碳鋼調(diào)質(zhì)處理。螺栓預(yù)緊力的大小根據(jù)螺栓組受力和聯(lián)接的工作要求決定，一般推薦用預(yù)緊力限值如下：式中：----預(yù)緊力N----螺栓材料的屈服極限Mpa----螺紋公稱應(yīng)力截面積mm2螺紋聯(lián)接在裝配時(shí)都要預(yù)緊，其目的在于增強(qiáng)聯(lián)接的剛性、緊密性與防松能力。擰緊時(shí)

7、，扳手力矩T是用于克服螺紋副的螺紋阻力矩T1及螺栓端部與被聯(lián)接件支承面間的端面摩擦力矩T2，其公式如下：式中：----預(yù)緊力N----螺紋中徑mm----螺紋升角----螺紋當(dāng)量摩擦角，----螺紋當(dāng)量摩擦系數(shù)----聯(lián)接件支承面間的摩擦系數(shù)----支承面直徑mm-------螺栓孔直徑mm在預(yù)緊力的作用下，螺栓存在拉應(yīng)力σ和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力τ。拉應(yīng)力扭轉(zhuǎn)應(yīng)力式中：d----螺栓桿部直徑mm當(dāng)螺栓尺寸及相關(guān)零件的材質(zhì)、載荷狀況等確定后，設(shè)計(jì)人員在圖樣中規(guī)定扳手力矩