瓷質(zhì)磚刮平定厚設(shè)備滾刀部件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

韋厚丞

（廣東科達(dá)潔能股份有限公司，佛山528313）

關(guān)健詞：刮平定厚；滾刀；改進(jìn)結(jié)構(gòu)；優(yōu)化結(jié)構(gòu)

1 前言

眾所周知，在瓷質(zhì)磚拋光生產(chǎn)線中，刮平定厚設(shè)備是一種常見(jiàn)的設(shè)備之一，也是不可缺少的設(shè)備之一。其主要是用于瓷質(zhì)磚表面的刮平及瓷質(zhì)磚的定厚，使磚坯經(jīng)過(guò)加工后得到均勻的厚度，便于下一工序的表面拋光加工。目前陶瓷企業(yè)的磚坯日產(chǎn)量都比較大，基本上每條拋光線的設(shè)備運(yùn)行時(shí)間都是22 h以上，各電機(jī)、減速機(jī)、軸承、輸送帶等零部件都是超負(fù)荷運(yùn)行。而且陶瓷廠內(nèi)常年屬于高溫、潮濕的環(huán)境，對(duì)設(shè)備的零部件的使用壽命都有一定的影響。因前期的刮平定厚設(shè)備滾刀軸系設(shè)計(jì)和軸承選型上都不是很合理，導(dǎo)致滾刀軸系無(wú)法滿足現(xiàn)有的使用需求，在使用過(guò)程中存在很多的缺陷，主要表現(xiàn)為它無(wú)論是在工作中空轉(zhuǎn)還是帶負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，軸承所產(chǎn)生的噪音都比較大；同時(shí)工作中存在振動(dòng)和沖擊；滾刀切削力也不夠大，刮削磚坯效率不高；后期軸承也容易損壞，導(dǎo)致頻繁的維修設(shè)備，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)，維修成本也加大。當(dāng)前的刮平定厚設(shè)備滾刀軸系結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 改進(jìn)前的滾刀部件結(jié)構(gòu)示意圖

從上圖結(jié)構(gòu)示意圖中，可以看出，該滾刀架部件的左端設(shè)置為固定式，右端設(shè)置為浮動(dòng)式。右端的浮動(dòng)軸承座與滾刀架采用定位銷來(lái)定位，保證其與固定端的軸承同心?，F(xiàn)有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，活動(dòng)端的軸承采用了調(diào)心滾子軸承，固定端軸承采用3個(gè)深溝球軸承并列，中間用隔套隔開。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于活動(dòng)端的軸承座是采用定位銷定位，定位銷孔的加工無(wú)法保證一致，導(dǎo)致定位銷安裝時(shí)有偏差，定位銷安裝有偏差就會(huì)導(dǎo)致浮動(dòng)端軸承座內(nèi)的軸承無(wú)法與固定端的軸承同心，或者偏差過(guò)大。當(dāng)主軸經(jīng)帶輪驅(qū)動(dòng)快速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，浮動(dòng)端的調(diào)心滾子軸承轉(zhuǎn)動(dòng)噪音明顯偏大，并伴隨刺耳的聲音。該調(diào)心滾子軸承使用壽命非常短，個(gè)別軸承的使用壽命不到一個(gè)月，軸承出現(xiàn)卡死，油脂因?yàn)闇囟冗^(guò)高，出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象。整個(gè)滾刀架振動(dòng)也會(huì)加大，導(dǎo)致刮刀無(wú)法正常刮削磚坯，出現(xiàn)爛磚，碎磚，甚至?xí)?dǎo)致傳動(dòng)皮帶被爛磚割斷，損壞傳動(dòng)皮帶。這種情況出現(xiàn)的頻率很高，導(dǎo)致頻繁更換軸承，已嚴(yán)重影響陶瓷企業(yè)的生產(chǎn)，也加大了設(shè)備的維修成本。當(dāng)上述故障出現(xiàn)后，也會(huì)導(dǎo)致刮刀主軸出現(xiàn)一定程度的彎曲變形，即使更換了活動(dòng)端的軸承，該軸承因?yàn)橹鬏S的彎曲變形，滾刀轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變大，動(dòng)平衡被破壞嚴(yán)重，使用壽命也會(huì)打折扣，而且會(huì)循環(huán)發(fā)生上述故障，最終要更換主軸。該滾刀部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還有一個(gè)弊端，就是上述故障發(fā)生后，需更換主軸，但主軸從主機(jī)上拆卸很困難，更換極不方便，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，有時(shí)拆卸主軸還會(huì)損壞固定端的深溝球軸承及損傷固定端的內(nèi)孔，直接導(dǎo)致該滾刀架報(bào)廢。因此，就需要設(shè)計(jì)一種長(zhǎng)時(shí)間不需維護(hù)且維修方便的滾刀部件結(jié)構(gòu)，并能提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高滾刀的刮削效率，降低滾刀運(yùn)行的噪音，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低設(shè)備維護(hù)成本。

2 新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)介紹

2.1 設(shè)計(jì)思路

本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)主要是從維修、穩(wěn)定、提效、降噪等幾方面進(jìn)行。因在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，設(shè)備都是因?yàn)楣收咸?，穩(wěn)定性差，滾刀刮削效率不高，刮削力太弱等原因，引起生產(chǎn)效率低，產(chǎn)量低，產(chǎn)品表面質(zhì)量不達(dá)要求，而且設(shè)備工作過(guò)程中產(chǎn)生的噪音太大，對(duì)操作工人的身心健康產(chǎn)生很大的影響，也不符合環(huán)保噪音要求。上述問(wèn)題是長(zhǎng)期存在的，亟待去解決。設(shè)計(jì)思路：首先，為確保滾刀架左右兩端的軸承同心，那就在設(shè)計(jì)滾刀架時(shí)，確保兩端的軸承位加工精度符合要求，提高了裝配精度，同時(shí)也提高了部件運(yùn)行的穩(wěn)定性；其次，滾刀架兩端的軸承安裝座都設(shè)計(jì)為可拆卸結(jié)構(gòu)，即與滾刀架的連接為裝配結(jié)構(gòu)，為維修提供方便，而且不會(huì)損壞滾刀架及軸承座；為加大滾刀運(yùn)行時(shí)的刮削力，將主軸上的帶輪適當(dāng)加大，即增大帶輪的皮帶包角。

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

改進(jìn)后的滾刀結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 改進(jìn)后的滾刀架部件結(jié)構(gòu)示意圖

上述改進(jìn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：滾刀到左右兩端設(shè)計(jì)為圓柱形安裝孔，對(duì)應(yīng)的左右兩端的軸承座設(shè)計(jì)為與滾刀架裝配結(jié)構(gòu)，軸承座都是可以拆卸的，方便日后維護(hù)維修。滾刀架兩端的圓柱孔通過(guò)加工來(lái)保證同軸度，兩端的軸承座與滾刀架的裝配面同樣經(jīng)過(guò)加工，并按基孔制間隙配合。上圖左端的后活動(dòng)軸承座內(nèi)，軸承的排列設(shè)置為2個(gè)深溝球軸承和2個(gè)圓柱滾子軸承排列，軸承中間采用隔套隔開。帶輪端的軸承座內(nèi)采用4個(gè)軸承并列布置，目的就是要增強(qiáng)主軸承載力和同心度，滾刀架右端的活動(dòng)軸承座采用了基孔制配合，取消了原來(lái)的定位銷，同心度得到保證，提高了主軸的同心度，使得主軸上的滾刀在運(yùn)行時(shí)更加平穩(wěn)，可靠，軸承座與滾刀裝配更簡(jiǎn)單，即使后期軸承座損壞，更換新軸承座時(shí)也無(wú)需擔(dān)心定位不準(zhǔn)的問(wèn)題。該活動(dòng)軸承座內(nèi)的軸承采用了圓柱滾子軸承，取代了原來(lái)的調(diào)心滾子軸承，運(yùn)行更平穩(wěn)，噪音變小。在滾刀驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率、電機(jī)級(jí)數(shù)、頻率等保持不變的情況下，通過(guò)加大傳動(dòng)比，來(lái)提高滾刀主軸的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，從而提高滾刀的切削效率。

n1——小帶輪轉(zhuǎn)速，r/min；

n2——大帶輪轉(zhuǎn)速，r/min；

dp1——小帶輪節(jié)圓直徑，mm；

dp2——大帶輪節(jié)圓直徑，mm；

de1——小帶輪有效直徑，mm；

de2——大帶輪有效直徑，mm；

δe——有效線差，見(jiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[1]中表13-1-26

小帶輪及大帶輪直徑由設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)參照選取，大帶輪轉(zhuǎn)速即驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為已知，經(jīng)過(guò)計(jì)算即可得到小帶輪轉(zhuǎn)速，該小帶輪轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)值大于原滾刀部件結(jié)構(gòu)中滾刀的轉(zhuǎn)速。

再經(jīng)過(guò)驗(yàn)證傳動(dòng)帶的速度ν≤νmax，其中νmax≤30 m/s。

若計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)ν值過(guò)高，則應(yīng)取較小的dp1或選用較小的多楔帶型號(hào)。

2.3 實(shí)驗(yàn)部分

滾刀架部件裝配完成后試機(jī)，噪音及振動(dòng)都有明顯改善，個(gè)別活動(dòng)軸承座有發(fā)熱，軸套處溫度偏高，但整體情況實(shí)驗(yàn)都良好，與圖1結(jié)構(gòu)滾刀架部件對(duì)比有明顯改善。

以下為新滾刀架部件結(jié)構(gòu)試機(jī)測(cè)量的參數(shù)與舊滾刀架部件結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)比如圖3所示。

圖3 新舊滾刀架部件結(jié)構(gòu)振動(dòng)對(duì)比

從圖3可看出改進(jìn)結(jié)構(gòu)后的滾刀架部件振幅明顯比舊滾刀架部件小，振動(dòng)得到改善。

新舊滾刀架部件結(jié)構(gòu)噪音實(shí)驗(yàn)對(duì)比如圖4所示。

圖4 新舊滾刀架部件結(jié)構(gòu)噪音對(duì)比

從圖4看出，改進(jìn)設(shè)計(jì)后的滾刀架部件噪音明顯比舊滾刀部件噪音低，基本上都能保持在80分貝以下，當(dāng)時(shí)環(huán)境噪音實(shí)測(cè)為50～55分貝。操作者站在主機(jī)邊操作，沒(méi)有感覺(jué)明顯不適。

3 分析與討論

為提高傳動(dòng)帶的使用壽命，在設(shè)計(jì)時(shí)，小帶輪直徑盡量選取較大值，但不能超過(guò)傳動(dòng)帶的最大速度30 m/s，還應(yīng)需結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[1]中圖13-14多楔帶選型圖，選取合適的多楔帶型號(hào)。

上述實(shí)驗(yàn)部分中圖3中的新舊滾刀架部件振動(dòng)對(duì)比，大部分的新結(jié)構(gòu)滾刀部件振動(dòng)都比舊滾刀結(jié)構(gòu)振動(dòng)小，只是出現(xiàn)了個(gè)別的滾刀振動(dòng)偏大，比舊滾刀架部件振動(dòng)大，原因主要有：相關(guān)零件的裝配沒(méi)有達(dá)到要求，比如滾刀架的導(dǎo)軌面的預(yù)緊，鑲條調(diào)整不到位，間隙過(guò)大；傳動(dòng)多楔帶安裝沒(méi)有按裝配工藝進(jìn)行，或多楔帶質(zhì)量原因，傳動(dòng)不平穩(wěn)；個(gè)別緊固件沒(méi)有緊固好；主軸上的滾刀動(dòng)平衡沒(méi)有達(dá)到要求等等。

圖4為改進(jìn)的結(jié)構(gòu)與舊滾刀部件結(jié)構(gòu)噪音對(duì)比，從圖上明細(xì)看出改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)噪音明顯低于舊滾刀部件結(jié)構(gòu)，說(shuō)明這方面改進(jìn)是成功的。主要是因?yàn)闈L刀結(jié)構(gòu)做了改進(jìn)，兩端圓柱孔同心度得到保證。左端的活動(dòng)軸承座內(nèi)軸承結(jié)構(gòu)和型號(hào)選型做了更改，采用了圓柱滾子軸承，該軸承運(yùn)行平穩(wěn)，載荷大。

圖5為改進(jìn)的滾刀架部件結(jié)構(gòu)裝配圖，該結(jié)構(gòu)不僅從滾刀架軸系內(nèi)改進(jìn)，還從外部進(jìn)行改進(jìn)，比如驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的裝配方式，安裝后電機(jī)牢固，無(wú)振動(dòng)間隙；電機(jī)重心也比舊滾刀架部件的電機(jī)重心要低，降低重心，則多楔帶的長(zhǎng)度也相應(yīng)縮短，減小多楔帶運(yùn)行中，帶的緊邊和松邊的振動(dòng)的頻率，從而減小整個(gè)滾刀結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。

圖5 改進(jìn)機(jī)構(gòu)的滾刀部件

4 結(jié)論

隨著生活水平的提高，市場(chǎng)需求越來(lái)越大，陶瓷企業(yè)的日產(chǎn)量也在不斷地提高，每條拋光生產(chǎn)線日產(chǎn)量甚至高達(dá)20000 m2。這就要求設(shè)備在技術(shù)上不斷更新，不斷創(chuàng)新，同時(shí)要求更節(jié)能，更高效，更環(huán)保。加工磚坯領(lǐng)域也逐漸廣泛，包含了瓷質(zhì)磚、天然大理石、人造石等等。因此，作為瓷質(zhì)磚拋光生產(chǎn)線中最重要的機(jī)械設(shè)備，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，穩(wěn)定性等對(duì)生產(chǎn)起到至關(guān)重要的作用。本次對(duì)刮平定厚設(shè)備核心部件結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，優(yōu)化，對(duì)生產(chǎn)起到了很大的作用，設(shè)備運(yùn)行更穩(wěn)定，運(yùn)行噪音更小，維修率更低了，維修成本降低了，生產(chǎn)效率也得到提高，企業(yè)也取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。