高压聚乙烯装置挤出机离合器螺栓失效分析

摘要

挤出机是石油化工装置中重要的设备，由于挤出机上的螺栓失效导致工业装置的停机维修，甚至导致重大人员伤亡事故。因此，分析挤出机上的螺栓失效的原因和机理至关重要，采取必要措施，防止因螺栓断裂发生安全生产事故。 本文以高压聚乙烯装置挤出机离合器螺栓失效作为研究对象，应用Brooks失效分析程序和ASM失效分析程序中的有关分析方法，系统研究螺栓失效的原因和机理。主要开展以下研究工作： 1、通过拉伸实验、冲击实验及硬度实验来研究螺栓材料的力学性能；采用X－射线荧光光谱仪分析材料的化学组成；利用扫描电镜和金相显微镜来分析螺栓的断口微观形貌； 2、校核螺栓强度及螺栓安装时所需的拧紧力矩、接合面摩擦力和疲劳校核。通过理论和实验分析，排除了螺栓因受拉或受剪而导致失效这两种情况；虽然未找到明显的疲劳辉纹，但结合螺纹底部找到的诸多裂纹源以及断口的宏微观分析，可以断定螺栓的失效为装置启动时接合面摩擦力产生的交变载荷导致螺栓预紧力下降产生疲劳失效。 针对螺栓失效的原理和失效的机理，提出了控制拧紧螺栓的预紧力，采用高强度材质螺栓、保证螺栓等级为10.9级或12.9级、离合器安装使用时保证其输入轴和输出轴的对中性以避免附加载荷等措施。

目录

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第1章 绪论

1.1 引言

1.1.1 挤出机发展现状及存在问题

1.1.2 离合器发展现状和失效形式

1.2 课题的来源和研究意义

1.3 挤出机零部件失效形式和失效分析方法

1.3.1 挤出机零部件失效形式

1.3.2 失效原因

1.3.3 螺栓失效形式和失效原因

1.3.4 失效分析程序

1.4 研究内容和研究方法

第2章 离合器工作原理和运行工况分析

2.1 离合器工作原理

2.2 离合器结构特点

2.3 离合器传动情况分析

2.4 螺栓断裂情况

第3章 螺栓理化性能测试与分析

3.1 拉伸实验

3.1.1 实验原理

3.1.2 实验要求

3.1.3 两种材料实验结果与分析

3.2 两种材料冲击性能测试与结果分析

3.2.1 材料冲击性能测试原理

3.2.2 实验测试步骤

3.2.3 实验结果测试与分析

3.3 材料硬度测试与分析

3.3.1 测试原理

3.3.2 实验仪器

3.3.3 两种材料的硬度检测与分析

3.4 材料化学成分测试与分析

3.4.1 原理

3.4.2 实验仪器

3.4.3 两种材料的化学成分分析

3.5 本章小结

第4章 螺栓失效形貌及金相分析

4.1 断口宏观形貌分析

4.1.1 宏观形貌分析内容

4.2 断口微观形貌分析

4.2.1 微观形貌分析内容

4.2.2 扫描电镜工作原理

4.2.3 扫描电镜检测与分析

4.3 螺栓金相组织分析

4.3.1 实验仪器

4.3.2 金相实验要求

4.3.3 金相分析

4.4 本章小结

第5章 螺栓强度校核分析

5.1 螺栓强度计算理论

5.1.1 螺栓的抗拉强度

5.1.2 螺栓的抗剪强度

5.1.3 螺栓连接拧紧力矩的计算和预紧力的控制

5.2 螺栓的受力分析

5.2.1 螺栓预紧力估算

5.2.2 螺栓工作时受到的拉力

5.2.3 螺栓所受到的横向力

5.2.4 螺栓受到的扭矩

5.3 强度校核

5.3.1 螺栓许用应力计算

5.3.2 抗拉强度校核

5.3.3 剪切强度校核

5.4 螺栓预紧力矩范围和接合面摩擦力计算

5.4.1 结合面摩擦力计算

5.4.2 螺栓预紧力矩范围计算

5.5 疲劳强度校核

5.6 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 建议

6.3 展望

参考文献

致谢