斗輪堆取料機(jī)行走機(jī)構(gòu)啃軌機(jī)理分析及檢測

毛友莊 周金生

（1：萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司 山東萊蕪 271104；2：濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)有限公司 山東濟(jì)南 250101）

1 前言

堆取料機(jī)是一種冶金行業(yè)燒結(jié)專用設(shè)備之一，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代化大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)展，越來越廣泛的應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)［1］。而在生產(chǎn)使用過程中，往往出現(xiàn)許多非正?，F(xiàn)象，比如，在軌道的側(cè)面有明顯的摩擦痕跡，軌道上有毛剌、溝痕、表面脫落等現(xiàn)象；車輪的輪緣有磨損、輪緣上有很大的磨損圓弧，內(nèi)側(cè)有明顯的亮痕并有毛刺或掉鐵屑；車體在運(yùn)行中會(huì)發(fā)出較響亮的嘶嘶聲，甚至?xí)l(fā)出吭吭的撞擊聲；堆取料機(jī)在起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)明顯的走偏、扭擺，行駛到某一區(qū)域時(shí)有明顯的擺動(dòng)；車體運(yùn)行時(shí)阻力突然增加，啟動(dòng)困難，電器元件損壞，燒毀電動(dòng)機(jī)以及損壞機(jī)械傳動(dòng)零件［2-3］。像這種大車在運(yùn)行過程中，車輪中心偏離軌道中心部位而造成車輪輪緣與軌道側(cè)面相接觸，產(chǎn)生水平側(cè)向推力，引起輪緣與軌道的摩擦及磨損的現(xiàn)象通常稱為啃軌。如圖1所示。

堆取料機(jī)啃軌會(huì)引起許多危害，主要表現(xiàn)在：

1）降低車輪和軌道的使用壽命?？熊壴斐绍囕喓蛙?/p>

圖1 啃軌示意圖

道強(qiáng)制性接觸，加劇兩者的相互磨損，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致輪緣內(nèi)側(cè)與軌道側(cè)面的金屬剝落及輪緣向外翹曲變形，從而加快了車輪與軌道破壞，降低了使用壽命。當(dāng)輪緣磨損達(dá)原厚的50%時(shí)，車輪應(yīng)當(dāng)報(bào)廢，而頻繁更換車輪，既影響生產(chǎn)，又增加設(shè)備維修費(fèi)用。

2）增加運(yùn)行阻力，嚴(yán)重啃軌時(shí)，大車運(yùn)行阻力將增加1.5～3倍。由于運(yùn)行阻力的增加，迫使電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)長期超載運(yùn)行，可能造成燒壞電動(dòng)機(jī)或扭斷傳動(dòng)軸的后果。

3）堆取料機(jī)工作時(shí)噪聲大，振動(dòng)大，嚴(yán)重影響軸承使用壽命。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我廠使用的堆取料機(jī)行走輪軸承平均使用壽命僅為10 80小時(shí)。

4）啃軌會(huì)產(chǎn)生水平側(cè)向力，導(dǎo)致軌道橫向位移，使軌道固定螺栓松動(dòng)，增大了維修的難度；

5）啃軌嚴(yán)重時(shí)，車輪輪緣被擠壓變形，車輪輪緣就可能爬上軌道頂部造成脫軌事故。尤其當(dāng)軌道接頭間隙較大時(shí)，更容易出現(xiàn)脫軌事故，從而造成重大的設(shè)備、人身傷亡事故。

2 啃軌原因分析

啃軌主要是由車輪、軌道和橋架的制造或使用不當(dāng)?shù)纫?。由于車輪和橋架變形引起的啃軌故障約占80%［4］。

2.1 軌道問題引起啃軌

軌道安裝質(zhì)量差，軌道的相對標(biāo)高差、直線性、軌道跨度偏差、軌道接頭不平和軌道承載面上有油、水等都會(huì)造成大車行走時(shí)啃軌，這種啃軌的特點(diǎn)是發(fā)生在運(yùn)行軌道的固定區(qū)間內(nèi)。其中影響最大的是跨度和軌道標(biāo)高誤差兩項(xiàng)。因此，必須嚴(yán)格按軌道安裝的技術(shù)要求精心安裝，保證質(zhì)量。

2.1.1兩軌道高低差較大時(shí)引起啃軌

如圖2，當(dāng)堆取料機(jī)的兩行走導(dǎo)軌存在高度差△h時(shí)，載荷P與輪壓N之間必然形成一個(gè)夾角，從而使堆取料機(jī)在運(yùn)行過程中形成一個(gè)偏斜側(cè)向力，產(chǎn)生車體橫向移動(dòng)。這樣軌道標(biāo)高高的一側(cè)，車輪輪緣與軌道外側(cè)相擠而啃軌；而標(biāo)高低的一側(cè)車輪輪緣啃軌道的內(nèi)側(cè)。從圖中的受力分析可得出：

可見，隨著h的增大，側(cè)向力FY也越大，則輪緣與軌道間的摩擦就越嚴(yán)重。

圖2 軌道標(biāo)高不等時(shí)車輪的受力

2.1.2 兩軌道的軌距偏差較大時(shí)引起啃軌

當(dāng)兩根軌道軌距大于堆取料機(jī)跨度時(shí)，可能出現(xiàn)車輪外緣與軌道接觸并產(chǎn)生啃軌，當(dāng)兩根軌道的軌距小于堆取料機(jī)跨度時(shí)，可能出現(xiàn)車輪的內(nèi)緣與軌道接觸產(chǎn)生啃軌。

2.1.3 固定軌道的螺栓松動(dòng)，軌道壓板不起作用，連接板螺栓松動(dòng)引起啃軌

由于緊固件松動(dòng)，縱向相臨兩根軌道易出現(xiàn)橫向錯(cuò)位。當(dāng)堆取料機(jī)運(yùn)行到接頭處時(shí)，使車體出現(xiàn)橫向水平移動(dòng)，如圖3所示。在由A向運(yùn)動(dòng)時(shí)。車輪外外緣啃B′點(diǎn)，并迫使軌道和A′軌道處并齊，軌道則有一個(gè)相當(dāng)大的反力作用給車輪輪緣。當(dāng)B向運(yùn)行時(shí)，則啃軌道內(nèi)側(cè)。

圖3 緊固件松動(dòng)引起啃軌

2.2 車輪水平偏斜引起啃軌

車輪的水平偏斜即車輪的踏面中心線AA與軌道中心線O O在水平方向上有一個(gè)夾角θ，如圖4、圖5所示。車輪軸線速度就是堆取料機(jī)運(yùn)行速度ν，其方向平行于軌道；車輪接觸點(diǎn)相對于堆取料機(jī)的速度為νld，實(shí)際上是車輪的圓周速度，而車輪的絕對速度就是車輪與軌道之間的滑動(dòng)速度νh，由于該速度的存在，使大車產(chǎn)生橫向滑動(dòng)，從而產(chǎn)生摩擦力，其方向與滑動(dòng)方向相反。對于從動(dòng)輪來說，此摩擦力在車輪運(yùn)動(dòng)方向的分量構(gòu)成了運(yùn)行的附加阻力，與運(yùn)行方向垂直的分量構(gòu)成了車輪的側(cè)壓力；對于主動(dòng)輪來說，它在運(yùn)行方向的分量構(gòu)成運(yùn)行驅(qū)動(dòng)力，與運(yùn)動(dòng)方向垂直的分量是車輪的側(cè)壓力。該側(cè)壓力完全由輪緣承受，于是使車輪輪緣與軌道側(cè)面相摩擦而產(chǎn)生啃軌，并產(chǎn)生輪緣磨損。

2.2.1 從動(dòng)輪水平偏斜（圖4所示）

圖4 從動(dòng)輪的偏斜

圖5 主動(dòng)輪的偏斜

如果忽約軸承中的摩擦力，則F對于車輪軸的力矩為零，也就是說，F(xiàn)與ν應(yīng)當(dāng)在車輪軸方向。由圖4可知，νh的大小為：

這說明車輪的偏斜角越大，滑動(dòng)速度就越大，磨損就越嚴(yán)重。摩擦力F在運(yùn)行方向的分力Fy就是車輪偏斜的附加阻力，在垂直于運(yùn)行方向的分力Fx就是側(cè)壓力。由圖可知：

這樣看來，只要有極其微小的偏斜角，就能產(chǎn)生幾乎與摩擦力F同樣大小的側(cè)壓力，從而引起啃軌現(xiàn)象。

2.2.2 主動(dòng)輪水平偏斜

主動(dòng)輪擔(dān)負(fù)著產(chǎn)生運(yùn)行驅(qū)動(dòng)力的任務(wù)，運(yùn)行驅(qū)動(dòng)力是靠車輪與軌道間的摩擦力實(shí)現(xiàn)的。對于無偏斜的車輪（θ＝0），這個(gè)摩擦力的大小是變化的，隨驅(qū)動(dòng)力變化而變化；如果車輪安裝不正確（θ≠0），車輪必定打滑，這時(shí)車輪與軌道間的摩擦力為動(dòng)摩擦力，其大小不變，但方向隨驅(qū)動(dòng)力變化而變化。如圖5所示，F(xiàn)在運(yùn)行方向的分力為驅(qū)動(dòng)力Fq，在垂直方向的分力為側(cè)壓力Fc。

由上式可知，主動(dòng)輪滑動(dòng)速度隨著主動(dòng)輪的偏斜和驅(qū)動(dòng)力Fq的增大而增大。θ和Fq越大，啃軌越利害，磨損也越嚴(yán)重。

影響車輪水平偏斜的原因主要有：車輪安裝不正、橋架變形等。

2.3 車輪垂直偏斜引起啃軌

車輪垂直偏斜超差也會(huì)引起啃軌，因?yàn)檐囕喆怪逼钤龃罅塑囕喌倪\(yùn)行半徑，如圖6所示。

圖6 車輪的垂直偏斜

假設(shè)車輪原來的運(yùn)行半徑為R，則轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)最大半徑為

未偏斜的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周的距離為2πR，偏斜后的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周的距離為

因此，偏斜后的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周超前了

但由于有輪緣的限制使車輪不能過量超前，故產(chǎn)生了啃軌現(xiàn)象。

2.4 車輪不同步引起啃軌

堆取料機(jī)車輪在堆料過程中不同步運(yùn)行也會(huì)導(dǎo)致大車走斜而啃軌。引起車輪不同步主要有以下幾種情況：

1）在分別驅(qū)動(dòng)的情況下，因制造加工或使用過程中磨損，齒輪間隙不等，或軸與鍵松動(dòng)造成的啃軌。一組傳動(dòng)齒輪比另一組齒輪間隙大；或某一組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的軸鍵松動(dòng)，都會(huì)產(chǎn)生速度差引起車體走斜而啃軌；

2）分別驅(qū)動(dòng)兩組驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)制動(dòng)器的制動(dòng)輪與制動(dòng)瓦塊間隙不均，造成制動(dòng)時(shí)間長短不一，或是兩個(gè)制動(dòng)器中有一個(gè)損壞不制動(dòng)，也能使車體走斜啃軌；

3）分別驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速差過大，或某一邊電機(jī)燒壞半邊驅(qū)動(dòng)；還有當(dāng)一邊電機(jī)轉(zhuǎn)子線路中，有一相斷線等，均能造成堆取料機(jī)啃軌，這這種啃軌，主要是車體啟動(dòng)時(shí)扭擺。

4）因兩邊電機(jī)的電阻配置不相同，或線路阻抗不等，造成兩邊電機(jī)的特性不一致，引起轉(zhuǎn)速差，使運(yùn)行歪斜而啃軌。

2.5 其他原因引起的啃軌

車輪同位差超差時(shí)，主動(dòng)輪輪距與被動(dòng)輪輪距不一致，或輪距一致，但主動(dòng)輪與被動(dòng)輪錯(cuò)位也會(huì)產(chǎn)生啃軌。這是由于車輪是向著垂直于車輪軸線方向運(yùn)行的，所以，當(dāng)堆取料機(jī)向前行走時(shí)，一會(huì)兒啃外側(cè)，一會(huì)兒啃內(nèi)側(cè)，或是出現(xiàn)扭頭別勁現(xiàn)象；橋架變形呈平行四邊形，使車輪對角線不等或使車輪跨度超標(biāo)都會(huì)造成車輪啃軌；另外，車輪不在同一水平面內(nèi)，即翹角現(xiàn)象也會(huì)引起啃軌，由于四個(gè)車輪在軌道上運(yùn)行時(shí)載荷受力不等，使運(yùn)行時(shí)搖搖晃晃，產(chǎn)生啃軌。

3 車輪啃軌的測量

雖然造成車輪啃軌的原因是多方面的，啃軌的表現(xiàn)形式也是多種多樣，但大部分是由于車輪安裝質(zhì)量引起的。因此，要解決啃軌問題，應(yīng)首先查找車輪安裝質(zhì)量是否在誤差范圍內(nèi)才能進(jìn)一步對啃軌原因進(jìn)行分析。

3.1 車輪水平偏斜的測量

車輪水平偏斜是造成車輪不正的重要因素之一，測量車輪的水平偏斜，必須選擇合理的基準(zhǔn)線。通常選取狀況較好的一段軌道的中心線為測量水平偏斜的基準(zhǔn)線。測量過程如下，首先在軌道上作出中心線，并將堆取料機(jī)開到該段軌道上。以軌道中心為基準(zhǔn)，在外側(cè)等距離D處拉線并固定好，作為測量的基準(zhǔn)線，如圖7所示。

圖7 車輪水平偏斜的測量

圖中l(wèi)為測量長度，x1、x2、x3、x4分別代表測量點(diǎn)到基準(zhǔn)線的距離，e1、e2分別代表輪1和輪2的水平偏斜。t1、t2分別為輪1和輪2的調(diào)整量。則

對于是臺(tái)車組形式的行走機(jī)構(gòu)，忽略臺(tái)車組制造安裝存在的誤差，其測量方法如圖8所示。

圖8 臺(tái)車超水平偏斜的測量

圖9 車輪垂直偏斜的測量

圖10 對角線的測量

根據(jù)以上的測量值，可以計(jì)算出車輪同位差m，則：

3.2 車輪垂直偏斜的測量

車輪的垂直偏斜也是引起啃軌的重要原因之一，其偏斜量的測量很簡單，只需用線墜吊在測量位置，然后用塞尺即可測出車輪垂直偏斜值。如圖9所示，車輪垂直偏斜值a是測量長度L的下端點(diǎn)到鉛垂線的距離。

3.3 車輪對角線的測量

堆取料機(jī)車輪對角線不容易直接測量，可用下面的方法間接進(jìn)行測量。首先沿車輪軸的水平方向用尺找到車輪寬度的中點(diǎn)，用線墜從中點(diǎn)對準(zhǔn)軌道面上的一個(gè)投影點(diǎn)，并用眼沖在該點(diǎn)做好記號，如圖10所示。其他同位車輪以同樣的方法進(jìn)行找點(diǎn)，4點(diǎn)找完后，將堆取料機(jī)開到一旁，用鋼卷尺即可進(jìn)行測量。

4 結(jié)語

萊鋼煉鐵廠混勻堆料機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后車體發(fā)出撞擊聲，行走臺(tái)車輪軸承損壞頻繁，車輪輪沿磨損嚴(yán)重，出現(xiàn)了非常明顯的啃軌現(xiàn)象。我廠技術(shù)人員按照上述方法對行走輪的水平偏斜、垂直偏斜、對角線等進(jìn)行逐一檢測并利用中修時(shí)間進(jìn)行了調(diào)整。試車后大車運(yùn)行良好，沒有出現(xiàn)啃軌現(xiàn)象。

［1］楊長骙，傅東明.起重機(jī)械［M］.第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992：34-35.

［2］劉勤國.斗輪堆取料機(jī)使用、維護(hù)與檢修［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：2-5.

［3］于志光.堆料機(jī)啃軌分析［J］.設(shè)備管理與維修，2011，（08）：42-43.

［4］解春華.論橋門式起重機(jī)啃軌原因分析［J］.煤炭技術(shù)，2003，Vol.22（10）：23-25.