大型轴和滚筒的一种装配方法:大型无轴滚筒筛
时间：2020-03-10 07:20:19 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：本文结合日钢渣微粉生产线工程HOROMILL3800卧式磨机磨辊的安装，阐述了大型轴和滚筒的一种装配方法。采用温控仪设定电阻丝温度对滚筒进行加热，待滚筒受热膨胀到一定尺寸后，进行轴和滚筒的装配。
关键词： 轴；滚筒；过盈配合；温控仪；电阻丝；装配
中图分类号：TH13 文献标识码：A
1 前言
在钢渣水泥行业中，卧式磨机由国外已逐渐走向国内，日钢已投产的HOROMILL3800卧式磨机采用法国FCB技术，是国内第三台我单位首次安装的磨机，也是亚洲最大的磨机，还是世界上第一台用于钢渣处理的卧式磨机，属于新工艺，新设备，工程质量要求高更是在所难免。在磨辊安装过程中，轴和滚筒分开到货，需现场组对装配。由于轴和滚筒单体体积大、重量重、安装精度高，给两件装配带来了较高的困难。
2 形状尺寸及分析
轴和滚筒均由法国FCB设计和制造，其这两件的装配图如图1所示：
1 滚筒 2 轴
轴：重量为37.711t，最大直径为图1 图1轴和滚筒的装配示意图
Φ1240mm，长度为5800mm。
滚筒：重量为16.36t，外径尺寸为Ф1820mm，壁厚为320mm~340mm，长度为1445mm。
结构分析：轴和滚筒的装配位置成锥形，上大下小，轴的上端尺寸为，下端尺寸为；滚筒内壁上端尺寸为，下端尺寸为。
从轴和滚筒上下偏差来看，可知轴和滚筒的配合为基孔制，采用过盈配合。
3 装配方法
过盈配合是依靠相配件装配以后的过盈量达到紧固联接。装配后，由于材料的弹性变形，使配合面之间产生压力来传递扭矩或轴向力。过盈配合装配一般属于不可拆卸的固定连接。过盈配合件的装配方法有：(1)人工锤击法；(2)压装法；(3)冷装法；(4)热装法。
人工锤击法通常适用于精度不高、过盈量非常小的小件装配，压装法通常适用于常温下，过盈量较小的中、小件装配。而本文中的轴和滚筒直径大、重量大、过盈量大，采用这两种方法，是很难实现轴和滚筒的装配。根据热胀冷缩原理，可采用冷装法或热装法进行装配。
方法一：采用冷装法，通常利用液态氮将被包容件冷却到的一定温度，待被包容件冷缩到一定尺寸后，再进行装配。（液态氮的冷却温度可达到-190℃~-195℃）；
方法二：采用热装法，将包容件加热到的一定温度，待包容件受热膨胀到一定尺寸后，再进行装配。
根据现场实际情况，设备的形状尺寸及倒运的难易程度，我单位采用热装法进行轴和滚筒的装配。
4 温度曲线图
加热温度由法国FCB提供的温度曲线图执行，如图2所示：
图2 温度曲线图
从曲线图上看，整个加热过程共分升温、保温和冷却三个阶段。加热过程中必须按此温度曲线进行，三个阶段缺一不可。升温过高或冷却时间过快，滚筒内部结构可能发生异变。保温时间过短，可能带来滚筒内壁温度不能满足要求，无法装配。保温时间过长，可能带来滚筒表面氧化或脱碳。
5 电阻丝及温控仪
考虑到加热包容件时，加热应均匀，不得产生局部过热。宜采用包容件四周均匀分布电阻丝，然后用导线连接至温控仪，用温控仪来控制温度曲线，这种加热方法简单、安全可靠。
我单位咨询温控仪厂家，购买了一台型号为ZWK-I-360KW智能温控仪，采用6路热电偶控制，每路控制的功率为45KW。同时由温控仪厂家配带了以下材料如表1所示：
表1 温控仪配带材料明细
6 安装及加热
6.1检查及清理
对于这种过盈配合件，装配之前应对配合部位进行复检，并做好记录。滚筒内径和轴外径均采用FCB提供的专门测量工具进行测量，检查它们的配合尺寸是否和图纸尺寸相符。（多点测量，取实测点的平均值）
在滚筒加热和轴吊装之前，检查配合表面是否有棱刺、锈斑或刮伤。如果有，可采用磨光机和擦纸进行处理，保证配合面清洁光滑。
6.2制作及安装
为了方便轴和滚筒的装配，需现场制作一个筒体、一个支撑梁、一个盖板、一个特定的吊装工具，同时需准备一些垫板，来调整滚筒的水平度。
首先在地面上挖一个和筒体尺寸一样多的地坑，将筒体放在地坑里，并将筒体四周及地坑压实，防止加热过程中泥土塌陷。接着将支撑梁平放在筒体上，同时在支撑梁上表面四个点分别放上200×200的垫板，采用水准仪将四处垫板找平后，进行滚筒吊装，使滚筒的下端面边缘平放在垫板上。然后将盖板平放在滚筒的上端面上，接着安装加热管、热电偶、连接温控仪，将滚筒四周和上表面全部用硅酸铝保温层进行保温，最后通电设置温控仪，开始加热。滚筒加热安装图如图3所示：
图3 滚筒加热安装图
6.3加热装置的设置及接线
6.3.1电阻丝加热管的接线
安装：温控仪厂家共提供90根电阻丝加热管。将制作的盖板平放在滚筒上，接着将90根电阻丝加热管自上而下依次穿在盖板孔洞上。
接法：采用星型接法，电阻丝加热管的上端均为火线接头，下端均为零线接头。上端每5根加热管串联为一组火线，共计18组，下端全部串联为零线。
连线：本台温控仪共有12个控制点，我们只需采用1＃~6＃控制点，每个控制点有3个火线插孔和3个零线插孔（上、中、下三层）。火线插孔刚好18个，与盖板上18组火线对应连接。由于下端零线全部串联，可接6根零线与温控仪零线插孔连接，保证每个控制点有一根零线即可。具体连线如图4所示：
如图4 电阻丝加热管的连线图
6.3.2热电偶的接法
本文感温元件采用K型热电偶，将热电偶紧贴在加热管和滚筒外壁中间，这样才能更真实的反映滚筒实际加热温度。
由于温控仪采用六个控制点，我们只需在滚筒外壁设置六根热电偶即可。在盖板上对应位置钻六个小孔，保证每个控制点均有一根热电偶。将热电偶从盖板小孔插入，插入深度为700mm，另外300mm对折，延伸到盖板的外边缘，便于接线。
热电偶通常采用铜―康铜补偿导线，内部红色导线为火线，蓝色导线为零线。在温控仪的右侧热电偶区域，共有12个温控点，上排为火线接头，下排为零线接头。1＃~6＃每个温控点与六根热电偶对应连接，7＃~12＃每个温控点将火线和零线相连即可。
6.4保温系统
保温材料应符合QJ/GN30―89标准，加热时外层温度应不高于60℃，可选用保温性能好，导热系数低的硅酸铝保温棉，为了减少热损失，保温层厚为100mm。同时保温层之间应注意接缝错开搭接严密，防止热量散失。
6.5温控仪的设置
本台温控仪共有12个控制面板，我们只需对1＃~6＃控制面板进行设置。从图2的温度曲线图上看，对于本文滚筒的加热，可用10小时从常温升到230℃保温25小时，再用96小时降温至20℃。那么对温控仪六个控制面板进行相同设置如下：
(SV-1表示第一阶段升温温度，TM1R表示第一阶段升温时间，TM1S表示第一阶段保温时间)
6.6测温及温控系统
滚筒的外壁温度我们可以从温控仪控制面上看出，由于滚筒的厚度大，内壁温度和外壁温度有一定的误差，我们最终需要的是内壁温度必须达到温度曲线的要求，才能进行装配。因此在加热过程中，需定时用远红外测温仪在滚筒内壁测温，按0度、90度、180度、270度，径向分别测6个点的温度（由上而下），如果发现温度偏差超出25℃就停止升温，保温到进入偏差范围内再升温，并将定期测得的温度记录下来。
7 装配
7.1最小装配间隙
当滚筒内壁温度到达180℃时，测量滚筒内壁尺寸，如果膨胀量满足要求，即可进行轴的吊装。
根据《机械设备安装工程施工及验收通用规范》GB50231-98公式5.5.5-1加热温度计算：
可转换为
式中―包容件加热温度（℃）； 为180℃
―常温（℃）； 取20℃
―最大过盈量（mm）； 为1.368mm
―最小装配间隙（mm），可按表5.5.5选取；
―加热线膨胀系数（），可按本规范表5.5.3-2选取；为11
―配合直径（mm）。 为1180mm
由以上参数，可计算滚筒的最小装配间隙
=（180-20）×11××1180-1.368
=0.7088mm
7.2吊装
吊装时，一定要保证轴和滚筒中心线同轴。装配时要求操作动作迅速准确，一次热装到位，中涂不许停顿。若发生异常，不允许强迫装入，必须排除故障，重新加热再进行热装。
图5 轴和滚筒的装配
7.3冷却
装配完毕后，开始冷却，冷却也是一个很重要的环节。在保温层的保护下，应缓慢冷却，冷却区域应封闭，以确保温度稳定，避免通风。
冷却过程中每小时检查滚筒不同位置的温度，最初两天应用保温层覆盖滚筒全部高度，冷却速度应控制在50℃左右/天。当滚筒温度低于120℃时，保温层应覆盖滚筒一半高度。当滚筒温度低于50℃时，可将保温层全部去除。
结语
日钢现已投产的2台卧式磨机，轴和滚筒的装配均采用温控仪设置电阻丝对滚筒加热，装配中都获得了一次性成功。自加热到冷却完成装配共花了6天时间，装配前测得滚筒内壁受热膨胀了近2.5mm。证明了对于此类大型设备过盈配合的装配，采用电阻丝加热进行热装的先进性、简单性、可行性。
参考文献
[1]GB50231-2009,《机械设备安装工程施工及验收通用规范》[S].2009
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