支承滚圈疲劳寿命及轴线关系及预测.pdf

第42卷第lo期 机械工 程 学报 vol42No．10 2006年10月 Oct_ 2O06 CHTNESEJOURNALOFMECHANlCALENGINEERING 回转窑支承滚圈疲劳寿命与轴线关系及预测+ 李学军1沈意平1褚福磊2 (1．湖南科技大学机械设备健康维护省重点实验室湘潭411201 2．清华大学精密仪器与机械学系北京1000841 摘要：在定量分析回转支承滚圈疲劳状态中引入载荷比概念，用有限元法分析不同载荷比和垂直载荷下滚圈的应 力分布规律，推导滚圈最大等效应力和当量应力与载荷比的线性关系式。根据支承载荷与轴线偏差的线性关系式， 得出滚囤疲劳损伤和寿命与轴线偏差的关系。结合现场实例介绍根据检测回转窑的运行轴线，预测滚圈疲劳寿命的 方法，为回转窑的合理维护与调整提供理论依据。研究表明，合理地调整回转窑运行轴线能有效提高滚圈的疲劳寿 命，并减少滚圈疲劳断裂事故的发生。 关键词：回转窑载荷比轴线偏差疲劳寿命预测 中图分类号：THll23+3 滚圈疲劳状态成为可能。在上述研究的基础上，综 0前言 合支承载荷与轴线偏差的线性关系式，得出疲劳损 伤和寿命与轴线偏差的关系式：对现场某回转窑进 回转窑是冶金、水泥、耐火材料流程生产中的 行分析计算，基于对回转窑运行轴线测量和监测的 研究【4I”，提出通过轴线检测和调整来减少滚圈疲劳 核心设备，一般质量达1000t，支承组数为4～9挡。 滚圈是回转窑最重要的支承部件，简体、窑衬及物 开裂和提高寿命的方法，为现场合理维护回转窑提 料等回转部分上9．8MN的载荷都要通过滚圈施加 供理论依据，对提高企业经济效益有积极的作用。 到托轮上。运转中滚圈承受交变的弯曲应力，易使 其强度薄弱处产生疲劳裂纹，并不断延伸发展，最 1滚圈应力分布规律 终造成滚圈开裂甚至断裂，给企业带来巨大的经济 损失…。疲劳断裂是滚圈失效的主要形式，然而回 1．1滚圈受力分析 转窑由于窑体变形、支承装置磨损、基础下沉等原 回转窑的滚圈是支承在两托轮上，托轮分别与 因，窑体运行轴线会产生水平和垂直方向的偏移而 垂直方向成30。夹角安装，筒体活套在各挡滚圈 造成各挡支承载荷分配严重不均，导致简体对滚圈 里。无水平支承力时滚圈受力分布示意图如图1所 的接触压力分布及滚圈周向弯曲应力产生较大变 示，其中p为滚圈与简体的压力，按余弦分布。从 化口。J。其中，垂直方向的轴线偏移会使滚圈周向弯 滚圈壁上取出一微段，建立微段在径向和周向上的 曲应力的大小发生改变，而水平方向的偏移带来的水 力学平衡方程，积分整理后得出压力分布公式”1 门 平分力会使筒体对滚圈的接触压力方向发生改变，从 p=—!!一(爿一cos口)‘ 。 (1) 而改变了滚圈的弯曲应力分布；目前对回转窑水平 Ⅱ疋、 式中 Q——单位长度(轴向)垂直方向的载荷(N) 方向的轴线偏移是如何影响滚圈的应力分布规律 尚不清楚，使得定量分析滚圈疲劳状态变得困难。 口——滚囤周线上的均布载荷州·m_。) 通过对滚圈进行力学分析，引入载荷比概念r定 R——滚圈内外半径的平均值