選煤廠火車裝車系統(tǒng)擺動溜槽裝車機(jī)構(gòu)的優(yōu)化

馮慶歡

(山西西山煤電股份有限公司 太原選煤廠, 山西 太原 030023)

目前,選煤廠煤炭產(chǎn)品外運(yùn)方式大多為火車運(yùn)輸。煤炭產(chǎn)品裝車過程,需要使用裝車溜槽將煤從裝車站裝載到車皮里。裝車站常用的裝車溜槽主要有兩種形式:水平移動垂直伸縮溜槽和擺動式裝車溜槽[1]. 擺動式裝車溜槽較水平移動垂直伸縮溜槽具有使裝車溜槽在車廂內(nèi)提前放料和配料,增加裝車的有效時間,同時還具有防碰撞等優(yōu)點(diǎn)[2].太原選煤廠副產(chǎn)品火車裝車系統(tǒng)采用擺動溜槽裝車機(jī)構(gòu),為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)輸設(shè)備對存在車廂空擋間隙的火車進(jìn)行裝車,裝車系統(tǒng)擺動溜槽在工作過程中需不斷擺動以進(jìn)行緩沖,時常因?yàn)樵O(shè)備故障而導(dǎo)致裝車不暢,因此需對原有的火車裝車系統(tǒng)擺動溜槽機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 擺動溜槽裝車機(jī)構(gòu)

裝車過程中,擺動溜槽裝車機(jī)構(gòu)通過電機(jī)減速機(jī)驅(qū)動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鋼絲繩伸縮,從而帶動固定于鋼絲繩另一端的擺動溜槽實(shí)現(xiàn)上下擺動。當(dāng)火車車廂到達(dá)擺動溜槽下方時,驅(qū)動機(jī)構(gòu)正轉(zhuǎn),通過鋼絲繩的伸長帶動擺動溜槽下降,裝車過程中火車車廂均勻的移動,當(dāng)火車車廂裝滿時,驅(qū)動裝置反轉(zhuǎn),通過鋼絲繩的縮短帶動擺動溜槽上升,當(dāng)裝車完畢后擺動溜槽完全提起,直至下一節(jié)車廂到達(dá)時,再緩慢放下擺動溜槽進(jìn)行裝車,如此往復(fù)動作以實(shí)現(xiàn)對火車車廂的裝車。擺動溜槽裝車機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)見圖1.

圖1 擺動溜槽裝車結(jié)構(gòu)圖

2 存在的問題及原因分析

2.1 存在的問題

根據(jù)對前期火車裝車數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì),每月因?yàn)檠b車溜槽機(jī)構(gòu)故障影響裝車平均時間約7 h,占總裝車時間的1/20,主要表現(xiàn)為鋼絲繩的斷絲、斷股、斷裂和傳動尼龍銷斷。

1) 裝車過程中鋼絲繩出現(xiàn)斷絲、斷股現(xiàn)象頻發(fā),甚至有時出現(xiàn)鋼絲繩斷裂的現(xiàn)象,一旦鋼絲繩出現(xiàn)斷絲、斷股、斷裂等問題,需要快速對鋼絲繩進(jìn)行檢修更換,檢修過程中需要將原鋼絲繩、繩卡拆除,重新安裝固定新的鋼絲繩,鋼絲繩兩端連接過程中均需要采用繩卡固定,每次更換鋼絲繩需要3人操作,平均更換時間為2 h,每月裝車溜槽機(jī)構(gòu)鋼絲繩出現(xiàn)問題平均次數(shù)為2次,影響裝車時間約為4 h.

2) 對于傳動對輪尼龍銷出現(xiàn)切斷的情況,即出現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn),減速機(jī)不轉(zhuǎn)。檢修更換尼龍銷過程復(fù)雜,需要先將安全罩、抱閘、電機(jī)地腳螺栓以及兩端的擋片拆除,再進(jìn)行更換,更換完畢后,再將安全罩、抱閘以及兩端的擋片裝回原處,影響裝車時間長。更換傳動對輪尼龍銷平均時常為3 h,每月出現(xiàn)傳動對輪尼龍銷切斷平均1次,影響裝車時間約為3 h.

2.2 原因分析

1) 導(dǎo)繩輪的安裝方式為固定安裝,無法釋放裝車過程中鋼絲繩兩端產(chǎn)生的扭力。鋼絲繩的一端與擺動溜槽固定連接,另一端安裝于驅(qū)動裝置的繩槽內(nèi)。裝車過程中,當(dāng)擺動溜槽起升或下降的過程中,鋼絲繩一端在提升機(jī)構(gòu)的繩槽內(nèi)隨著驅(qū)動裝置轉(zhuǎn)動沿繩槽進(jìn)行橫向移動,而鋼絲繩的另一端與擺動溜槽相連,采用繩卡固定在擺動溜槽連接端上,因擺動溜槽安裝方式為鉸接結(jié)構(gòu),只能沿縱向進(jìn)行擺動,無法做橫向的移動,因此鋼絲繩會在一端移動、一端固定的情況下產(chǎn)生扭力,而扭力在裝車過程中一直存在且無法得到釋放,從而加劇了鋼絲繩的磨損。鋼絲繩的損傷原因有3種,分別為機(jī)械磨損、彎曲疲勞、外傷,而其中機(jī)械磨損又分為均勻磨損、變形磨損、內(nèi)部磨損[3];現(xiàn)場扭力無法得到釋放的情況屬于機(jī)械磨損中的內(nèi)部磨損,即鋼絲繩的交變彎曲,股中鋼絲的相對移動,股與股之間的接觸壓力增大,使相鄰股之間產(chǎn)生局部壓痕。

2) 導(dǎo)繩輪直徑小,在裝車過程中,鋼絲繩在經(jīng)過導(dǎo)繩輪時,對鋼絲繩的彎折將會加大,裝車過程中鋼絲繩經(jīng)過多次折彎后,極易出現(xiàn)斷絲、斷股的現(xiàn)象,縮短了鋼絲繩的使用壽命。導(dǎo)繩輪直徑小引起的磨損屬于鋼絲繩損傷原因中的彎曲疲勞,即無數(shù)次的彎曲,容易使鋼絲繩產(chǎn)生疲勞,韌性下降,最終導(dǎo)致斷絲。

3) 由于擺動溜槽機(jī)構(gòu)裝一節(jié)車廂就需要上下運(yùn)動一次,要實(shí)現(xiàn)經(jīng)常性的上下往復(fù)運(yùn)動,需要頻繁切換電機(jī)正反轉(zhuǎn),導(dǎo)致電機(jī)和減速機(jī)中間連接的傳動對輪尼龍銷經(jīng)常性出現(xiàn)被切斷的現(xiàn)象。傳動對輪尼龍銷結(jié)構(gòu)不適用于頻繁切換正反轉(zhuǎn)的場合,而剛性連接適用于頻繁切換正反轉(zhuǎn)的場合。

3 解決措施

1) 導(dǎo)繩輪安裝方式由原來的固定式改為活動式,先將旋轉(zhuǎn)軸固定于廠房鋼梁結(jié)構(gòu)上,而旋轉(zhuǎn)軸與導(dǎo)向繩輪框體通過間隙配合進(jìn)行裝配,采用鉸接方式將導(dǎo)繩輪與旋轉(zhuǎn)軸連接,導(dǎo)繩輪框體可繞旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動,當(dāng)鋼絲繩沿著驅(qū)動裝置繩槽移動時,通過導(dǎo)繩輪的旋轉(zhuǎn),可以有效釋放鋼絲繩兩端的扭力。優(yōu)化前后導(dǎo)繩輪結(jié)構(gòu)見圖2.

圖2 優(yōu)化前后導(dǎo)繩輪結(jié)構(gòu)圖

2) 現(xiàn)場使用的起升鋼絲繩型號為6×37+FC,直徑為11 mm,帶入鋼絲繩的曲率半徑計(jì)算式(1)[4],計(jì)算出11 mm鋼絲繩的曲率半徑為416 mm,于是對導(dǎo)繩輪直徑進(jìn)行重新設(shè)計(jì),在不影響現(xiàn)場安裝的條件下,優(yōu)化后的鋼絲繩導(dǎo)繩輪直徑設(shè)計(jì)為450 mm.

(1)

式中:ρ為鋼絲繩曲率半徑,mm;D為鋼絲繩直徑,mm;T為鋼絲繩捻距,mm.

3) 將電機(jī)、減速機(jī)中間連接的尼龍銷對輪更換為爪式聯(lián)軸器,爪式聯(lián)軸器為剛性連接,其結(jié)構(gòu)見圖3,爪式聯(lián)軸器可有效避免因?yàn)轭l繁切換正反轉(zhuǎn)而造成的尼龍銷切斷的問題。

圖3 爪式聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)圖

4 效 果

改造后經(jīng)過一年試運(yùn)行,鋼絲繩斷絲、斷股、斷裂的現(xiàn)象由原來的每月2次變?yōu)楝F(xiàn)在半年1次,鋼絲繩的使用壽命延長,爪式聯(lián)軸器運(yùn)行平穩(wěn),現(xiàn)場改造后沒有出現(xiàn)設(shè)備故障問題,降低了檢修工人的勞動強(qiáng)度,提高了車皮的周轉(zhuǎn)率。優(yōu)化改造后,擺動溜槽裝車機(jī)構(gòu)故障影響裝車時間由每月7 h變?yōu)槊堪肽? h,生產(chǎn)系統(tǒng)裝車的連續(xù)性得到了保障。

5 結(jié) 語

擺動溜槽裝車機(jī)構(gòu)是一種常用的裝車結(jié)構(gòu),對于兩端位移不同步的結(jié)構(gòu)中間的導(dǎo)繩輪固定方式宜為鉸接,對于導(dǎo)向鋼絲繩的結(jié)構(gòu)其選取半徑宜大于鋼絲繩的曲率半徑,對于頻繁切換正反轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)傳動連接宜采用爪式聯(lián)軸器,通過合理改造,可延長鋼絲繩的使用壽命以及傳動裝置的可靠性,有效避免類似設(shè)備故障的發(fā)生。