RTF3-400×1000×260型電阻加熱爐平車改造

王 輝

（中煤北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司，北京 102400）

1 電阻加熱爐的改造背景

中煤北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司金屬結(jié)構(gòu)分廠主要承擔(dān)液壓支架底座、頂梁、掩護(hù)梁、連桿、推移桿、護(hù)幫等結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)，為保證焊接質(zhì)量，需要對結(jié)構(gòu)件進(jìn)行加熱和時效處理。金屬結(jié)構(gòu)分廠一部車間一臺RTF3-400×1000×260型臺車式電阻加熱爐于2011年投產(chǎn)，該電阻加熱爐平車承重80t，用于承載結(jié)構(gòu)件的平車配置了7組車輪總成，共計(jì)14套車輪。經(jīng)過一段時間的使用，該電阻爐平車經(jīng)常損壞，更換新的備件后仍舊發(fā)生損壞，每次維修更換車輪總成不僅增加了分廠的生產(chǎn)成本，還增加了該電阻爐的停機(jī)維修時間，嚴(yán)重影響分廠的生產(chǎn)秩序[1-2]。在此情況下，2013年分廠研究決定對該電阻爐加熱爐平車進(jìn)行改造。

2 電阻加熱爐改造的意義

為了能夠徹底解決該電阻爐平車出現(xiàn)的問題，優(yōu)先考慮到更換整車，但是費(fèi)用在20萬左右，成本太高。筆者提出了針對性改造方案，保留該電阻爐平車主體結(jié)構(gòu)，針對問題進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)改造，有效降低了改造成本，縮短了設(shè)計(jì)和制作階段的時間[3]。該電阻加熱爐平車的改造，是在保留原有車體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，降低了改造費(fèi)用并縮短了改造周期，為盡快恢復(fù)投產(chǎn)提供了保證。另外，根據(jù)故障原因和故障點(diǎn)針對性改造，同樣達(dá)到徹底解決問題的目的，起到了事半功倍的作用。

3 電阻加熱爐改造前期故障問題研究情況

該電阻加熱爐平車改造前，筆者結(jié)合平車日常的損壞情況和維修實(shí)際，經(jīng)過對平車車體結(jié)構(gòu)的研究、對車輪總成的損壞狀況、車體受力情況的研究發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致該電阻加熱爐平車經(jīng)常損壞的原因主要是如下幾點(diǎn)[4]：1）該電阻加熱爐平車車體為槽鋼焊接結(jié)構(gòu)，固定安裝車輪總成部位的基準(zhǔn)面型鋼也是槽鋼結(jié)構(gòu)。由于該平車使用的槽鋼規(guī)格較小、強(qiáng)度較低、承重較大，因此該平車安裝車輪總成部位的槽鋼發(fā)生了變形。同時，由于車輪總成軸承座固定安裝在槽鋼上面，槽鋼為一側(cè)有筋板一側(cè)開放式結(jié)構(gòu)，在實(shí)際使用中無筋板一側(cè)受力比有筋板一側(cè)受力小，導(dǎo)致槽鋼變形時，向無筋板一側(cè)彎曲變形，車輪總成由于受力點(diǎn)改變和增加單位面積受力經(jīng)常損壞。2）該電阻加熱爐平車車輪總成軸承座采用標(biāo)準(zhǔn)件，采用鑄鐵材料且壁厚為3mm，軸承座的強(qiáng)度較低、抗沖擊能力低。還有鑄件存在氣孔、砂眼、裂紋等鑄造缺陷，尤其是壁厚薄、沖擊力大的情況下經(jīng)常碎裂損壞，導(dǎo)致車輪總成其他部件隨之損壞。3）該電阻加熱爐平車車輪、車軸關(guān)鍵部件為鑄鐵材質(zhì)，在使用過程中經(jīng)常發(fā)生磨損損壞。另外車輪總成選配的軸承承載力和抗沖擊力無法滿足實(shí)際使用需求，導(dǎo)致軸承經(jīng)常損壞、掉珠子等，進(jìn)而引起車輪總成的損壞。4）該電阻加熱爐平車承重量是80t，平車長度是10m，寬度是4m，結(jié)構(gòu)較大。但是該平車車輪布局是7排14組車輪，而且中間承重較大的位置車輪軸距較大，導(dǎo)致受力不均勻。受力較大位置的車輪損壞后，由于各車輪平均受力的增加，導(dǎo)致其他車輪陸續(xù)損壞。

4 電阻加熱爐平車改造方案的確立

筆者對該平車故障問題進(jìn)行深入研究，結(jié)合改造費(fèi)用和改造周期的情況，筆者確立了如下改造方案：1）考慮到改造的經(jīng)濟(jì)性、設(shè)計(jì)時間和制造周期，首先確定利用原有車體進(jìn)行改造，針對故障點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)改造。2）由于車體承重較大，車輪布局不合理導(dǎo)致受力不均，因此，決定由原來的7組14套改為8組16套。這樣不僅解決原來變形槽鋼修復(fù)困難的問題，還全面增加了承重能力。3）利用原有車體主體結(jié)構(gòu)，在車輪總成安裝部位的槽鋼開口處進(jìn)行焊接加強(qiáng)板立筋，有效增加槽鋼的強(qiáng)度，很好解決了原來車體鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足容易變形的問題。4）重新制作軸承座，采用鑄鋼件，增強(qiáng)軸承座的強(qiáng)度，消除軸承座損壞問題。而且采用通體設(shè)計(jì)，便于安裝和拆卸，可以重復(fù)利用，降低費(fèi)用，便于維修。5）重新制作車軸、車輪，及端蓋、擋圈等組件，同樣車輪、車軸等都采用鑄鋼件，并進(jìn)行熱處理，增加強(qiáng)度和硬度，避免發(fā)生磨損、斷裂等情況，增加車輪總成的使用壽命。6）采用先組裝車輪總成，再對應(yīng)安裝軸承座安裝底座，避免軸承座和安裝底座安裝孔位置出現(xiàn)偏差，無法安裝?；蛘哂捎诎惭b間隙和誤差較大導(dǎo)致改造后其他問題的出現(xiàn)。

5 電阻加熱爐平車改造實(shí)施步驟

5.1 合理布局車輪

原車體車輪布局結(jié)構(gòu)為并行雙排結(jié)構(gòu)，每排為7套車輪總成，在平車兩端相近位置各布置2組車輪，其余3組在車體中間位置均勻布置。由于該平車車體長度為10m，這樣布局導(dǎo)致平車中間位置和平車兩端承重能力不均勻，兩端承重能力大，中間承重能力小。這種情況下，勢必增加平車中間位置車輪的承重，使平車中間車輪位置頻繁受力，導(dǎo)致車體中間位置車輪安裝處變形和車輪的損壞。原車體車輪布局如圖1。

圖1 原車體車輪布局情況

改造后，首先要增加車體的承重能力，尤其要提高車體均勻受力能力。當(dāng)然在改造過程中還要考慮車體槽鋼變形位置的加固修復(fù)問題，槽鋼加固修復(fù)必須保證和車輪軸承座安裝面的平面度，否則會造成由于車輪受力不均勻或受力集中導(dǎo)致的損壞。在這種情況下，將原來的7組14套車輪結(jié)構(gòu)改為現(xiàn)在的8組16套車輪布局。增加車輪后車體中間車輪軸距減少，在增加車體承重能力的情況下還增加了車體中間位置的承重能力。改造后的車輪布局如圖2。

圖2 改造后車輪布局圖

5.2 調(diào)整加固車體槽鋼

該平車車體均為槽鋼焊接結(jié)構(gòu)，并且采用的槽鋼尺寸小、壁厚薄，強(qiáng)度達(dá)不到實(shí)際工作需求。在裝爐量大、使用頻繁的情況下，就會導(dǎo)致車體與車輪安裝部位由于槽鋼受力向槽鋼開口方向發(fā)生彎曲變形。這樣就會造成車輪總成受力不均，造成受力變形，增加應(yīng)力，導(dǎo)致車輪的損壞發(fā)生。車體槽鋼變形圖如圖3。為避免車輪總成安裝部位槽鋼在改造后繼續(xù)變形，就必須對車輪安裝位置的槽鋼進(jìn)行加固處理，在槽鋼開口位置處焊接加強(qiáng)筋，改變槽鋼結(jié)構(gòu)、增加槽鋼強(qiáng)度，在開口位置加裝了增強(qiáng)筋板，進(jìn)而增強(qiáng)了槽鋼的承重能力，避免受力后出現(xiàn)彎曲變形，也保留了原有車體降低了改造成本，縮短了投制車體的時間和加工時間。改造加固后的槽鋼如圖4。

圖3 變形的槽鋼

圖4 改造加固后的槽鋼

5.3 軸承座的設(shè)計(jì)

改造前的軸承座是鑄鐵標(biāo)準(zhǔn)件，壁厚為3mm，在實(shí)際使用過程中，天車吊運(yùn)的結(jié)構(gòu)件多數(shù)超過10t，當(dāng)?shù)踹\(yùn)在平車上時沖擊力較大，鑄鐵軸承座抗沖擊力差。另外由于鑄鐵軸承座鑄造結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難免存在砂眼、裂紋、夾渣等缺陷。相比鑄鋼簡單式軸承座本身缺陷難以規(guī)避，造成經(jīng)常損壞。改造后的軸承座，采用45號鑄鋼件，調(diào)質(zhì)處理HB250-300，壁厚24mm厚，強(qiáng)度明顯提高。而且改造后的軸承座結(jié)構(gòu)簡單，不僅造價較低，加工方便，而且方便軸承的安裝和拆卸。改造后通孔軸承座如圖5。

圖5 改造后的通孔式軸承座

5.4 車輪的設(shè)計(jì)

原來車輪材質(zhì)差，在運(yùn)行過程中經(jīng)常磨損，尤其是在軸承座和軸承損壞的情況下，車輪容易磨損甚至斷裂。另外，原車輪為單側(cè)輪緣結(jié)構(gòu)，在牽引車驅(qū)動過程中由于人員操作習(xí)慣和車間空間限制，在平車運(yùn)行過程中，經(jīng)常進(jìn)行斜拉。在此情況下，單側(cè)輪緣車輪很難保證車體直線運(yùn)行，經(jīng)常磨損輪緣，造成車輪出軌。改造后的雙側(cè)輪緣車輪，可以約束車輪進(jìn)行直線運(yùn)行，另外改造后的車輪采用45號鑄鋼加工而成，輪緣和踏面熱處理要求布氏硬度在300HBS~350HBS，這樣可以完全保證車輪的硬度和強(qiáng)度，提高車輪使用壽命。改造后的車輪如圖6。

圖6 改造后的車輪

5.5 車軸及其他附件的設(shè)計(jì)

軸承座的孔徑要根據(jù)所選軸承進(jìn)行設(shè)計(jì)，考慮到該電阻爐平車承重大，經(jīng)常受沖擊力，選擇22218調(diào)心滾子軸承。根據(jù)車輪，設(shè)計(jì)車軸，車軸采用45號鑄鋼，要求調(diào)質(zhì)硬度200HBS~250HBS，保證車軸硬度，確保壽命可靠。另外設(shè)計(jì)軸承內(nèi)部軸承的定位擋圈，設(shè)計(jì)軸承座的端蓋等。為保證車輪總成的綜合使用性能和使用壽命，在所有構(gòu)件設(shè)計(jì)過程中，構(gòu)件的加工公差、形位公差、表面粗糙度等必須嚴(yán)格遵守機(jī)械設(shè)計(jì)手冊。改造后的車軸如圖7所示。

圖7 改造后的車軸

5.6 安裝調(diào)試

該平車車體大，尺寸為10m×4m。車體上方布置保溫磚，由于車體大、車體重不便于翻轉(zhuǎn)車體進(jìn)行車輪總成的安裝，車輪安裝只能在車體下方進(jìn)行。由于車輪總成是雙軸承座結(jié)構(gòu)形式，直接進(jìn)行安裝，無法保證2個軸承座安裝面在同一平面。所以，在進(jìn)入平車進(jìn)行安裝前，必須保證車輪總成2個軸承座安裝面在同一平面，這樣制作一套軸承座定位板，確保2個軸承座在同一平面，然后進(jìn)行安裝，在安裝過程中必須用塞尺一次次進(jìn)行測量，看軸承座安裝面和槽鋼接觸面的間隙，有間隙地逐步進(jìn)行調(diào)整，間隙大的需要襯墊片。

6 改造后的實(shí)際使用情況

RTF3-400×1000×260電阻爐平車改造于2013年年底完成改造，經(jīng)過實(shí)際使用，經(jīng)受住了時間和生產(chǎn)任務(wù)的雙重考驗(yàn)，最大限度保留了原來車體的剩余經(jīng)濟(jì)價值，為企業(yè)節(jié)約了設(shè)備維護(hù)資金，最大程度體現(xiàn)了平車的使用價值和經(jīng)濟(jì)價值。改造后，該平車運(yùn)行穩(wěn)定，由于承重能力的增加和抗沖擊力的提高，使用性能得到明顯提高，從根本上解決了該平車故障頻發(fā)的情況。原來每半個月就出現(xiàn)一次平車車輪總成損壞的情況，每次損壞都是幾套車輪同時損壞的情況經(jīng)過改造后再沒有出現(xiàn)過，可見該電阻爐平車改造方案是合理有效的，改造結(jié)果是正確可靠的。

7 該電阻爐平車改造的應(yīng)用前景

中煤北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司金屬結(jié)構(gòu)分廠有RTF3-400*1000*260型、RT2-1200-6D型、RT3-800-6型等型號多種電阻爐平車，平車有電動驅(qū)動式和牽引車牽引式平車。同時金屬結(jié)構(gòu)分廠還有LPD-25-1型、KPD-25-1S型電動平車，經(jīng)過改造積累了非常寶貴的經(jīng)驗(yàn)和真實(shí)數(shù)據(jù)，可以有效應(yīng)用到其他電阻爐平車和電動平車以及類似平車的改造中。其具體的推廣應(yīng)用可以用一個真實(shí)的實(shí)例進(jìn)行證明，具體如下。

2019年金屬機(jī)構(gòu)分廠投產(chǎn)了2臺RT3-800-6型電阻加熱爐，其平車為電機(jī)驅(qū)動。在實(shí)際使用過程中，該平車使用的軸承座是鑄鐵標(biāo)準(zhǔn)件，而且在實(shí)際使用過程中由于軌道平面度和直線度誤差以及車輪也為鑄鐵件等原因，經(jīng)常發(fā)生軸承座損壞、車輪輪緣斷裂、車軸斷裂的情況。經(jīng)過與廠家密切溝通，公司要求其進(jìn)行車體改造，在改造方案確立階段該廠家也是積極借鑒了筆者提供的改造方案。主體方案和思路都是按照筆者的方案進(jìn)行改造的，并且其重新設(shè)計(jì)的軸承座材料、結(jié)構(gòu)、熱處理，車輪和車軸的材料、結(jié)構(gòu)和熱處理要求都與筆者進(jìn)行了積極溝通，經(jīng)過確認(rèn)后該廠家進(jìn)行了改造，成功改造的方案可以應(yīng)用到類似平車的研究改造提供借鑒。