浅谈L型压缩机十字头销侧板紧固螺栓断裂的原因(张波)doc.doc

浅谈L型压缩机十字头销侧板紧固螺栓断裂的原因 张波 独山子炼油厂钳工车间 摘 要：本文主要根据L型往复式压缩机的曲轴、连杆、十字头、活塞等部件的运动几何关系，从压缩机十字头销受力情况着手，分析了十字头销侧板紧固螺栓断裂的主要原因，并提出了改善意见。 关键词： 十字头销; 螺栓断裂; 往复式压缩机 一、问题的提出 我厂Ⅱ火炬装置采用4L-35/0.5～4.5型压缩机对瓦斯气进行加压后回收，该压缩机的运行状况直接关系着整个装置的平稳。自装置开工以来，巡检、检修人员曾先后多次发现过压缩机十字头销侧板紧固螺栓有断裂的现象，由于处理及时避免了恶性事故的发生。这里对螺栓断裂的原因进行分析。 二、问题的分析 该L型压缩机的原动机驱动曲轴作匀角速度转动，曲轴带动的连杆在一定的角度内摆动，连杆又带动十字头、活塞做往复运动。连杆与十字头通过两端带有锥度的十字头销连接。十字头销侧板依靠4个M10的紧螺栓将十字头销定位，防止脱落。现场分析，4个紧固螺栓中有1个断裂（严重的一次四个螺栓全部断裂），断裂部位为螺栓与十字头体连接处的螺纹根部。断裂的主要原因初步分析为螺栓上时间承受一个变量的轴向拉力（推力），有疲劳断裂的迹象。 L型压缩机卧缸十字头及活塞组件受力分析示意图 图（1） Ⅰ、以卧缸为例，对十字头的受力、运行进行分析 ⑴连杆力Pt，侧向力N/ 图（1）所示，曲轴在0°～90°～180°运行阶段，连杆在下半平面内运行，连杆对十字头施加的拉力（称之为连杆力Pt）产生一垂直向下的分力N/；在180°～270°～0°运行阶段，连杆在上半平面内运行，连杆对十字头施加的推力亦产生一垂直向下的分力 N/。该分力N/沿十字头滑板等值地传递到十字头滑道上，我们将十字头滑板作用于十字头滑道上的力N/称为侧向力。该侧向力与十字头本身重力，以及连杆、活塞杆作用在十字头上的重力组成合力，使十字头贴着下滑道运行。 ⑵气体力P，活塞力P活塞 连杆对十字头的作用力产生一垂直于十字头滑道的侧向力N/的同时，该连杆力还产生一水平、沿气缸中心线方向的作用力P/，这个作用力通过活塞拉杆、活塞传递下去，最终作用于压缩后的高压气体上。 气缸工作容积内气体作用于活塞端面上的力称为该工作容积的气体力P，气体力P等于工作容积内气体的瞬间压力ρ与活塞面积A的乘积。 即： P=ρA ① 对于L型压缩机（双作用式）来说，活塞在内、外止点时受到的气体力数值最大，称为活塞力P活塞 。 Ⅱ、力的合成及效果 连杆对十字头的作用力，其实是对十字头销的作用力。作用于十字头销的是一种空间力系，十字头销的中段受到连杆小头瓦的作用力（拉力或推力）,销的两端受到活塞杆通过十字头体传来的综合活塞力PΣ以及滑道给予十字头的反作用力N（N= N′），三个作用力的合成效果使得十字头销处于平衡状态（静止）或加速度（减速度）运动状态。 当压缩机正常运行时，其气体力P、往复惯性力I及往复摩擦力RS都同时存在，这些力都沿着气缸中心线方向，这些力的代数和称为压缩机的综合活塞力PΣ。 PΣ= P+I+ RS ② 往复摩擦力RS可看作是活塞环与气缸壁、活塞杆与填料函、十字头滑道与滑板等所有往复运动摩擦力的总和。在分析十字头销受力的时候，因十字头及活塞的质量较小、压缩机的转速相对较低，对往复摩擦力RS和往复惯性力I不予考虑和参与计算。 故： P∑=P ③ 根据资料[1] ④ 因侧向力N′和滑道给予十字头的反作用力N是一对作用力与反作用力，故综合活塞力P∑和连杆在水平方向上产生的分力P/的合力决定着十字头的运行状态： 当α=0（或π）时： 活塞组件置于外（内）止点，活塞和十字头处于运动速度为零的平衡状态；连杆处于水平方向、连杆中心线与气缸中心线间夹角β=0。这时连杆在垂直方向上不产生一垂直于十字头滑道的分力N′，N′=0。 可见，这时作用于十字头销两端的力仅为气体力P（活塞力）。 当α≠0（π）时： ⑴连杆力Pt在垂直方向上产生一分力N′，该分力与滑道作用于十字头（销）上的作用力N为一对作用力与反作用力。N′=N。 ⑵连杆力Pt在水平方向上的分力P/ 与气体力 P的合力决定了十字头（销）是处于加速度还是减速度的运动状态。 可见，这时用于十字头销两端的力为气体力P和侧向力的反作用力N。 Ⅲ 、沿十字头销轴线方向产生的轴向力Fa的计算。 上述作用于十字头销上的各个力，对于直销来说，不产生沿十字头销轴线方向上的分力Fa；但对于L型压缩机采用的两端带有同样锥度的销来说，N、P作用于销的两端锥面，作用力方向垂直于销的轴线，这必将产生一沿销锥面的力f和一沿锥面法线的力F。沿锥面