堆取料機(jī)斗輪機(jī)構(gòu)的研究與改進(jìn)

毛曙宇

(江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，江蘇江陰214405)

斗輪機(jī)構(gòu)作為斗輪堆取料機(jī)傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其對整個取料工作影響至關(guān)重要。而傳統(tǒng)的斗輪機(jī)構(gòu)系統(tǒng)中，減速器至斗輪軸的動力傳遞依賴于脹套聯(lián)接的傳動結(jié)構(gòu)形式及良好運行，現(xiàn)場實際表明，受工作條件和設(shè)備結(jié)構(gòu)環(huán)境狀況等諸多因素影響，脹套聯(lián)接往往成為設(shè)備運行的薄弱環(huán)節(jié)導(dǎo)致工作可靠性變差，產(chǎn)生傳動系統(tǒng)故障，影響生產(chǎn)效率。本文據(jù)此對斗輪軸與減速機(jī)內(nèi)部行星架聯(lián)接處的結(jié)構(gòu)性問題作出深入分析并有效改造，提出了應(yīng)用花鍵聯(lián)接傳動的措施進(jìn)行消除設(shè)備使用隱患，延長了設(shè)備使用壽命，提高了工作效率。

1 斗輪堆取料機(jī)及斗輪機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)分析

圖1 所示的斗輪堆取料機(jī)是一種高效率的散狀物料連續(xù)裝卸、轉(zhuǎn)運設(shè)備，主要適用于礦山、港口、冶金等部門的大中型現(xiàn)代化散料貯料場作散料的堆取作業(yè)。它和翻車機(jī)、卸車(船)機(jī)、料場帶式輸送機(jī)等配成系統(tǒng)，實現(xiàn)物料堆取、轉(zhuǎn)運、儲存作業(yè)的機(jī)械化與半自動化。它有堆料和取料兩種作業(yè)方式。由帶式輸送機(jī)運來的散料經(jīng)尾車卸至臂架上的帶式輸送機(jī)，從臂架前端拋卸至料場;通過整機(jī)的運行，臂架的回轉(zhuǎn)、俯仰可使料堆形成梯形斷面的整齊形狀。取料則是通過臂架回轉(zhuǎn)和斗輪的旋轉(zhuǎn)連續(xù)實現(xiàn)的，物料經(jīng)卸料板卸至反向運行的臂架帶式輸送機(jī)上，再經(jīng)機(jī)器中心處下面的漏斗卸至料場經(jīng)帶式輸送機(jī)運走。通過整機(jī)系統(tǒng)的合作運行和臂架的回轉(zhuǎn)、俯仰，從而使斗輪將儲料堆的物料取盡。

斗輪堆取料機(jī)主要由斗輪機(jī)構(gòu)、前臂架、臂架帶式輸送機(jī)、行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、門座、立柱、尾車、俯仰機(jī)構(gòu)、司機(jī)室等組成。斗輪機(jī)構(gòu)［1］是斗輪堆取料機(jī)的專用取料設(shè)備，它是整機(jī)設(shè)備的核心部件。如圖2 所示的斗輪機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)、減速器、斗輪軸裝配、斗輪體、斗子、卸料板、圓弧擋料板等構(gòu)成。斗輪的動力傳遞過程為:電機(jī)→斗輪減速機(jī)→輪軸→斗輪體，而為了傳遞動力，減速機(jī)和斗輪軸、斗輪軸和斗輪體間則采用了脹套聯(lián)接。脹套聯(lián)接是脹緊聯(lián)接套的簡稱，其主要作用是實現(xiàn)機(jī)件(如齒輪、帶輪、飛輪等)與軸的聯(lián)接，以傳遞載荷，并能在使用中實現(xiàn)脹緊和鎖緊功用。脹緊聯(lián)接套在使用中，往往通過高強(qiáng)度螺栓的作用，使內(nèi)環(huán)與軸、外環(huán)與輪轂間產(chǎn)生巨大的抱緊力。而當(dāng)承受載荷時，依靠脹緊力作用與機(jī)件處的結(jié)合面壓力共同產(chǎn)生的摩擦力而傳遞扭矩。因此，斗輪機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)組成具體包括:電機(jī)、液力偶合器、斗輪減速器、鎖緊盤(連接脹套)、斗輪軸、連接脹套、斗輪體。

圖1 斗輪堆取料機(jī)

圖2 斗輪機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)

由此可見，在斗輪機(jī)構(gòu)整個傳動系統(tǒng)中，減速器至斗輪軸的扭矩輸出及傳遞依賴于它們之間的脹套聯(lián)接(鎖緊盤)?，F(xiàn)場實踐表明:脹套聯(lián)接在斗輪機(jī)構(gòu)的傳動中關(guān)系重大，其聯(lián)接結(jié)構(gòu)的使用與良好維護(hù)關(guān)乎著斗輪機(jī)構(gòu)的正常有效的傳動。

2 斗輪軸與減速器脹套連接結(jié)構(gòu)及其裝配更換分析

由于受原料場生產(chǎn)現(xiàn)場限制，斗輪機(jī)構(gòu)工作的環(huán)境較為惡劣(經(jīng)常布滿礦粉、塵埃等，完全處于露天作業(yè)狀態(tài))，同時現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備均實行連續(xù)工作制，雖力求做好防塵及潤滑工作，但傳動系統(tǒng)中的斗輪軸不可避免地容易產(chǎn)生磨損，尤其是斗輪軸軸承座的裝配部位，因工作狀況的不穩(wěn)定，更導(dǎo)致了斗輪軸［2］在該部位處的磨損極為嚴(yán)重。而一旦斗輪軸遭至嚴(yán)重磨損，將會使機(jī)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重的竄動或抖動現(xiàn)象，此時必須作出及時更換，否則將直接影響整機(jī)的取料，甚而大大減少減速機(jī)的使用壽命。

而原來工作中，由于斗輪軸更換的不便，一般總要等減速機(jī)共同損壞后才一起作出更換，故作業(yè)中對斗輪軸的裝配維護(hù)要求極高。而一般的斗輪機(jī)構(gòu)使用壽命尚不足一年，且斗輪機(jī)構(gòu)整體價值頗高，因此，生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場對斗輪機(jī)構(gòu)便提出了一定的質(zhì)量性能要求，以保證斗輪機(jī)構(gòu)的生產(chǎn)效率。

下面將從斗輪機(jī)構(gòu)的更換過程來進(jìn)一步熟悉和分析斗輪機(jī)構(gòu)的內(nèi)部傳動結(jié)構(gòu)［3］，如圖3 所示:

(1)松開斗輪體鎖緊脹套，拆卸斗輪體;

(2)將斗輪軸和減速器一起予以拆卸;

(3)松開鎖緊盤，從減速器內(nèi)部行星架聯(lián)接套中拆卸下斗輪軸。

圖3 斗輪軸與減速器的連接結(jié)構(gòu)

其中鎖緊盤部份的拆卸可謂繁瑣、耗時。由于鎖緊盤長期裸露鎖緊在減速機(jī)內(nèi)部行星架與斗輪軸的聯(lián)接套上，因外部環(huán)境及受力因素，它通常抱死粘死在減速機(jī)內(nèi)部行星架聯(lián)接套上，同時鎖緊螺栓也不易擰出，經(jīng)常會有銹死或卡死等現(xiàn)象，致使在拆卸、安裝中將耗費大量搶修有效時間，使整個過程一般達(dá)24 h左右。更由于不確定因素的時有發(fā)生，有時甚至?xí)褂没鹧媲懈钸M(jìn)行破壞性拆卸，而導(dǎo)致整根價值2 萬元的斗輪軸徹底報廢且永無修復(fù)再次使用的可能?，F(xiàn)場作業(yè)曾發(fā)生過許多次的檢修人員和斗輪機(jī)技術(shù)人員采用了許多方法也無法使減速機(jī)和斗輪軸拆卸分離的狀況，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)作業(yè)和安全運行。

綜上分析說明:斗輪機(jī)構(gòu)的斗輪軸與減速機(jī)內(nèi)部行星架之間的上述脹套連接傳動結(jié)構(gòu)形式，已大大制約了整機(jī)設(shè)備的維護(hù)與斗輪軸裝配的更換，不僅直接影響了現(xiàn)場作業(yè)效率，同時也往往成為搶修工作的瓶頸。

3 斗輪軸與減速器聯(lián)接的改造優(yōu)化方案及特點

為加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)與使用，針對斗輪機(jī)構(gòu)的斗輪軸與減速機(jī)內(nèi)部行星架聯(lián)接處的結(jié)構(gòu)性問題進(jìn)行分析和改造，以消除設(shè)備使用隱患，延長設(shè)備使用壽命，提高整機(jī)的生產(chǎn)效率。

在結(jié)構(gòu)改造過程中，遵循保持原機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特征基本不變原則，同時不改變斗輪機(jī)構(gòu)中斗輪軸裝配等各部件的安裝與定位。充分比較現(xiàn)有結(jié)構(gòu)脹套聯(lián)接的優(yōu)缺點，在充分重視生產(chǎn)現(xiàn)場脹套聯(lián)接容易造成粘死拆卸不便之不足下，考慮將原來的脹套聯(lián)接(鎖緊盤)進(jìn)行局部優(yōu)化改進(jìn)，即將斗輪軸與減速機(jī)內(nèi)部行星架［4］的脹套聯(lián)接改進(jìn)為花鍵聯(lián)接［5］，并對減速機(jī)內(nèi)部行星架予以相應(yīng)改造，以進(jìn)一步提高強(qiáng)度要求。兩種聯(lián)接結(jié)構(gòu)特點如表1 所示。

表1 脹套聯(lián)接和花鍵聯(lián)接特點

而在具體的改造實施方案中，將原來的斗輪機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)，去掉鎖緊盤裝置，將原斗輪軸 (材質(zhì):40Cr)與減速器內(nèi)部行星架的脹套聯(lián)接部位改為如圖4 所示的外花鍵結(jié)構(gòu)形式。

圖4 斗輪軸外花鍵

根據(jù)減速器額定輸出扭矩，同時結(jié)合配套減速機(jī)內(nèi)部行星架尺寸，根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊中GB3478.1-83具體選用模數(shù)為m =10、齒數(shù)Z =21、壓力角為30°的漸開線外花鍵。而在減速器內(nèi)部，其內(nèi)部行星架(材質(zhì):40Cr)的安裝及定位尺寸均不作變動，為增加其強(qiáng)度，略增加其聯(lián)接套外形厚度，即將原來的單邊厚度20 mm 增加至45 mm;同時其內(nèi)部均改造為內(nèi)花鍵結(jié)構(gòu)形式，以與漸開線外花鍵的斗輪軸部分相配套使用，具體可按GB3478.1-83 選用模數(shù)m=10、齒數(shù)Z=21、壓力角為30°的漸開線內(nèi)花鍵，如圖5 所示。設(shè)備裝配時，將斗輪軸裝配套入減速機(jī)內(nèi)部行星架即可，端部配上簡易防塵蓋，由定位套定位花鍵的配合尺寸。

圖5 減速器內(nèi)部行星架

如上綜述:改進(jìn)局部聯(lián)接方式后的斗輪機(jī)構(gòu)與原傳動機(jī)構(gòu)相比較，斗輪軸傳動負(fù)荷能力增大，其結(jié)構(gòu)更為緊湊，檢修方便，更換快速，安全可靠，可達(dá)到預(yù)期的改造效果。

4 結(jié)論

公司原料場的兩臺斗輪堆取料機(jī)在2009年改造備件到位的情況下進(jìn)行了改造，取得了令人滿意的效果，并得到了公司當(dāng)年四季度合理化建議成果獎。而通過這幾年的實際生產(chǎn)使用情況看，改造后斗輪機(jī)構(gòu)傳動系統(tǒng)運行正常，內(nèi)外花鍵磨損較小，使用壽命得到了提高。改造后的斗輪軸裝配如果出現(xiàn)問題需要修理或更換，它與減速機(jī)的連接拆卸快速便捷，局部上更有利于自身設(shè)備的更換與維護(hù)。據(jù)統(tǒng)計:整個拆卸過程由原來24 h 縮短為5 h，為現(xiàn)場生產(chǎn)爭取了更多有效時間。值得一提的是，斗輪軸能在較短的時間內(nèi)及時更換也更有效地保護(hù)了斗輪減速機(jī)，延長了斗輪減速機(jī)的使用壽命，大大節(jié)約了成本(一臺斗輪減速機(jī)的價格約為13 萬元，一次的修理費用約6 萬元)。

綜上所述，對堆取料機(jī)斗輪機(jī)構(gòu)的研究及結(jié)構(gòu)改進(jìn)是可行的，值得借鑒與推廣。

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