磨机是重要的工程机械，它通过旋转筒体内的介质来对目标物料进行研磨。衬板螺栓是关键连接件，在以振动和撞击为主的工况环境里容易发生断裂。

今天，螺丝君通过一个断裂案例，来和大家分享能够将衬板螺栓断裂率降低到 1/8000 的解决方案废钢破碎机衬板螺栓，以此帮助大家更好地对螺栓断裂失效进行管理和预防。

01 磨机结构

大型设备的磨机，其筒体直径能够达到十多米，回转重量可达 3000 多吨。工作时，电动机带动筒体进行旋转，物料在筒中受到介质棒的撞击和粉磨后，从排料端流出。磨机的旋转过程主要由两个部分构成，分别是提升和冲击。在提升阶段，研磨介质（像钢球或钢棒等）会随着磨机的旋转而被带到高处。通过冲击力，物料被破碎成更小的颗粒。

常用的磨机 - 衬板螺栓结构包含以下部分：有衬板，有缓冲橡胶，有磨机壳体，有衬板螺栓，有橡胶密封件，有杯垫圈，还有六角螺母。为了能实现更紧密的紧固，衬板螺栓的螺栓头通常被设计成锥面扁头。这种设计能够增加接触面积，进而提供更大的紧固力，如此一来就能有效避免衬板在高振动和冲击的环境中松动。一旦衬板螺栓发生断裂，那么必然会发生重大事故。

02 断裂失效案例

某矿石磨机运行约 3200 小时后，接连出现 6 例衬板螺栓断裂的情况。这些断裂都发生在螺母承载面附近的第一个螺纹处，并且裂纹的扩展方向与磨机的旋转方向是一致的。从服役记录来看，该磨机衬板螺栓的平均寿命大约为 4000 小时，远远低于 8000 小时的最低设计寿命要求。

观察发现，衬板螺栓和磨机壳体的螺纹孔都存在明显变形。

橡胶密封件的磨损也非常明显：

03 机理分析

从以上的失效观察可以看出，失效主要集中在以下几个方面：一是工作载荷与夹紧力之间的关系；二是磨机工况与裂纹扩展之间的关系；三是橡胶件磨损与夹紧力之间的关系。

3.1 工作载荷与夹紧力

螺栓夹紧力与连接工况的工作载荷息息相关。

从上图 A 点来看，若施加的扭矩所产生的夹紧载荷比操作条件下的载荷高，那么螺栓能保持足够的夹紧力，不会因循环载荷而松动或失效。而像 B 点的情况，倘若夹紧载荷低于操作条件下的载荷，螺栓在每一个循环载荷作用下都会经历拉伸和压缩，从而增加了失效的风险。

3.2 磨机工况与裂纹扩展

磨机工况是导致螺栓失效的重要因素之一，除了载荷和夹紧力之外。磨机冲击侧、提升侧与运动方向的关系如左图所示。右图表明了螺栓顶端视角的旋转方向，其中红色箭头向上指示了磨机的旋转方向。

磨机旋转时，研磨介质在提升和冲击阶段会对螺栓施加循环载荷，此循环载荷会致使螺栓疲劳失效。裂纹的扩展方向一般与磨机旋转方向相同，这显示螺栓在磨机旋转过程中承受了明显的循环载荷。失效通常出现在螺母承载面附近的第一个螺纹处，因为此处是螺栓与螺母接触且承受最大应力的区域。螺纹的几何形状以及载荷传递的特点，使得其容易产生应力集中的情况，进而导致材料出现疲劳现象以及裂纹的形成。裂纹一般会沿着螺纹的根部进行扩展，原因在于这是应力集中最为主要的区域。

3.3 橡胶件磨损与夹紧力

磨机壳体与螺栓垫圈之间的橡胶密封件会对接头的松弛产生影响，进而致使夹紧载荷出现损失。橡胶密封件在长期使用时会经历磨损和变形，使其性能降低。这种磨损和变形会让螺栓的夹紧力变小，提升螺栓松动和失效的风险。另外，橡胶密封件的老化或者损坏还会进一步降低螺栓的夹紧力，对螺栓的紧固效果产生影响，增加失效的可能性。

04 试验验证

根据机理分析，设置相应试验以评估不同因素对螺栓失效的影响。

4.1 夹紧力优化

标记同型号同工况的磨机，从进料段往出料段进行操作。对 15 只螺栓进行标号，标号顺序为降序。间隔选取 1、3、5、8、11、14 这六组螺栓。然后安装负载传感器。测试间隔为一个月。测量并记录螺栓夹紧载荷随时间的变化情况。

下图左边是开始时各个螺栓的夹紧力记录，下图右边是 1 个月后的相应记录。测试结果表明，所有螺栓的夹紧载荷有着随着时间推移逐渐减小的共同趋势，其中最大衰减达到了 41.5%。

这表明螺栓在运行时出现了松弛情况，进而致使夹紧力有所损失。其中，1 号、3 号和 5 号螺栓的夹紧载荷损失最为显著。夹紧载荷的高损失与螺栓所处的位置高度存在关联，并且与初始夹紧载荷没有关系。这就意味着，即便在初始安装阶段施加了相同的夹紧力，靠近排料端的螺栓依然会遭遇更大程度的夹紧载荷损失。

为此，采取了增加预紧力 10%的措施，同时采用了分级紧固的方法，以此来预防失效。改进后的结果表明，排料端螺栓的夹紧力衰减率降低到了 8%至 12%之间，进料端降低到了 5%至 8%之间。

4.2 橡胶密封件优化

与密封件厂商协商，对合成橡胶配方以及预处理涂层等配方进行更改，以优化方案，从而提高耐用性和抗变形能力。接着进行对比测试，该测试是基于螺母螺栓旋转角度的变化。

测试结果显示，原密封件在使用时扭矩损失较高。这表明随着时间的流逝，螺栓的夹紧力在逐步减小。扭矩损失的原因或许有密封材料老化、磨损，还有密封设计不好致使接头松弛。

配方优化后的密封件在相同条件下，其扭矩损失较低。这显示优化后的密封件能更好地维持螺栓的夹紧力，从而减少了松弛的情况。

由此可见，配方优化具备更有效的抵抗磨损和老化的能力，进而能够提高连接的安全性。

螺丝君经验与总结

衬板螺栓通过分级紧固和配方优化后，其断裂频率有了显著降低。原本的断裂频率是 6 例/3200 小时，而现在降低到了 1 例/8000 小时。这就表明，分级紧固和配方优化能够起到有效预防磨损的作用，还能避免断裂损失。

希望今天的分享能帮助大家理解衬板螺栓以及应用它，还能提供有效的失效管理办法。期待大家在留言区交流分享观点废钢破碎机衬板螺栓，一起去探讨更多的解决办法。让我们一同为更安全可靠的紧固贡献价值！