大型往复式压缩机作为过程工业生产中不可缺少的关键设备,其运行可靠性直接影响着过程工业生产,而活塞杆的早期疲劳断裂是活塞式压缩机运行事故的主要原因之一。如何通过对活塞杆疲劳断裂主要原因的分析,提出活塞杆的疲劳寿命估算方法,是本文作者的主要研究目标。本课题以山东华鲁恒升集团有限公司、中化平原化工有限公司、阳煤集团淄博齐鲁第一化肥有限公司、兖矿集团峄山化工有限公司与山东大学所达成协议为依托,以华鲁恒升提供的6M32型压缩机断裂的3根活塞杆为主要研究材料,进行了活塞杆断口宏观观测、微观断口扫描电镜观测、拉伸试验、冲击试验、硬度测试、化学成分测试、断裂位置尺寸测量、表面粗糙度测量等实验工作,分析了活塞杆疲劳断裂失效的主要原因。根据压缩机结构及实际运行参数,进行了活塞杆受力计算及断裂部位应力计算。考虑活塞杆工况、材质等的影响,筛选了基于活塞杆无损或微损检测的寿命预测模型,对其寿命进行了估算,对比了各种方法的估算寿命与实际运行寿命的差值。分析发现活塞杆疲劳裂纹主要在第二相组织或夹杂物位置萌生,名义应力法较适用于活塞杆疲劳寿命估算,载荷类型、平均应力、材料性能、金相组织、材料内部缺陷、缺口、尺寸效应、热处理及表面状态等对活塞杆疲劳寿命均有较大影响,Miner线性疲劳损伤理论及修正的Miner法则适用于活塞杆疲劳寿命估算。试验结果表明活塞杆疲劳断裂失效的主要原因为：材料的力学性能低于标准规定值；活塞杆断裂部位位于轴肩应力集中处,应力集中程度较大,降低了其疲劳寿命；在断裂处的应力集中与循环载荷的共同作用下材料发生疲劳损伤,逐渐产生疲劳裂纹导致疲劳破坏。活塞杆表面硬度和表面粗糙度对其疲劳寿命均有影响,表面硬化一定程度上可提高疲劳寿命,而表面粗糙度越小,疲劳性能越好。活塞杆常用材料42CrMo与38CrMoAl的抗拉强度与其布氏硬度的比值在3.4左右,工程中可根据表面硬度值估算活塞杆抗拉强度甚至其疲劳寿命。分析发现在不同的疲劳寿命估算方法中,控制疲劳寿命估算精度的主要因素是各方法对平均应力Re、应力幅ΔR/2、应力集中系数Kt、尺寸系数ε及表面系数β等的处理方式。在所选寿命的估算模型估算所得的寿命与实际运行寿命比较后得出,当使用基于Basquin公式的疲劳强度指数修正方法,其中系数采用四点法确定时,所估算结果与实际寿命最相近。