堆取料機斗輪機構的研究與改進

毛曙宇

(江陰職業技術學院機電系，江蘇江陰214405)

斗輪機構作為斗輪堆取料機傳動系統的關鍵部件，其對整個取料工作影響至關重要。而傳統的斗輪機構系統中，減速器至斗輪軸的動力傳遞依賴于脹套聯接的傳動結構形式及良好運行，現場實際表明，受工作條件和設備結構環境狀況等諸多因素影響，脹套聯接往往成為設備運行的薄弱環節導致工作可靠性變差，產生傳動系統故障，影響生產效率。本文據此對斗輪軸與減速機內部行星架聯接處的結構性問題作出深入分析并有效改造，提出了應用花鍵聯接傳動的措施進行消除設備使用隱患，延長了設備使用壽命，提高了工作效率。

1 斗輪堆取料機及斗輪機構傳動系統分析

圖1 所示的斗輪堆取料機是一種高效率的散狀物料連續裝卸、轉運設備，主要適用于礦山、港口、冶金等部門的大中型現代化散料貯料場作散料的堆取作業。它和翻車機、卸車(船)機、料場帶式輸送機等配成系統，實現物料堆取、轉運、儲存作業的機械化與半自動化。它有堆料和取料兩種作業方式。由帶式輸送機運來的散料經尾車卸至臂架上的帶式輸送機，從臂架前端拋卸至料場;通過整機的運行，臂架的回轉、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和斗輪的旋轉連續實現的，物料經卸料板卸至反向運行的臂架帶式輸送機上，再經機器中心處下面的漏斗卸至料場經帶式輸送機運走。通過整機系統的合作運行和臂架的回轉、俯仰，從而使斗輪將儲料堆的物料取盡。

斗輪堆取料機主要由斗輪機構、前臂架、臂架帶式輸送機、行走機構、回轉機構、門座、立柱、尾車、俯仰機構、司機室等組成。斗輪機構［1］是斗輪堆取料機的專用取料設備，它是整機設備的核心部件。如圖2 所示的斗輪機構主要由電機、減速器、斗輪軸裝配、斗輪體、斗子、卸料板、圓弧擋料板等構成。斗輪的動力傳遞過程為:電機→斗輪減速機→輪軸→斗輪體，而為了傳遞動力，減速機和斗輪軸、斗輪軸和斗輪體間則采用了脹套聯接。脹套聯接是脹緊聯接套的簡稱，其主要作用是實現機件(如齒輪、帶輪、飛輪等)與軸的聯接，以傳遞載荷，并能在使用中實現脹緊和鎖緊功用。脹緊聯接套在使用中，往往通過高強度螺栓的作用，使內環與軸、外環與輪轂間產生巨大的抱緊力。而當承受載荷時，依靠脹緊力作用與機件處的結合面壓力共同產生的摩擦力而傳遞扭矩。因此，斗輪機構傳動系統組成具體包括:電機、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

圖2 斗輪機構傳動系統

由此可見，在斗輪機構整個傳動系統中，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接(鎖緊盤)。現場實踐表明:脹套聯接在斗輪機構的傳動中關系重大，其聯接結構的使用與良好維護關乎著斗輪機構的正常有效的傳動。

2 斗輪軸與減速器脹套連接結構及其裝配更換分析

由于受原料場生產現場限制，斗輪機構工作的環境較為惡劣(經常布滿礦粉、塵埃等，完全處于露天作業狀態)，同時現場生產設備均實行連續工作制，雖力求做好防塵及潤滑工作，但傳動系統中的斗輪軸不可避免地容易產生磨損，尤其是斗輪軸軸承座的裝配部位，因工作狀況的不穩定，更導致了斗輪軸［2］在該部位處的磨損極為嚴重。而一旦斗輪軸遭至嚴重磨損，將會使機構出現嚴重的竄動或抖動現象，此時必須作出及時更換，否則將直接影響整機的取料，甚而大大減少減速機的使用壽命。

而原來工作中，由于斗輪軸更換的不便，一般總要等減速機共同損壞后才一起作出更換，故作業中對斗輪軸的裝配維護要求極高。而一般的斗輪機構使用壽命尚不足一年，且斗輪機構整體價值頗高，因此，生產作業現場對斗輪機構便提出了一定的質量性能要求，以保證斗輪機構的生產效率。

下面將從斗輪機構的更換過程來進一步熟悉和分析斗輪機構的內部傳動結構［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，從減速器內部行星架聯接套中拆卸下斗輪軸。

圖3 斗輪軸與減速器的連接結構

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內部行星架與斗輪軸的聯接套上，因外部環境及受力因素，它通常抱死粘死在減速機內部行星架聯接套上，同時鎖緊螺栓也不易擰出，經常會有銹死或卡死等現象，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24 h左右。更由于不確定因素的時有發生，有時甚至會使用火焰切割進行破壞性拆卸，而導致整根價值2 萬元的斗輪軸徹底報廢且永無修復再次使用的可能。現場作業曾發生過許多次的檢修人員和斗輪機技術人員采用了許多方法也無法使減速機和斗輪軸拆卸分離的狀況，嚴重影響了生產作業和安全運行。

綜上分析說明:斗輪機構的斗輪軸與減速機內部行星架之間的上述脹套連接傳動結構形式，已大大制約了整機設備的維護與斗輪軸裝配的更換，不僅直接影響了現場作業效率，同時也往往成為搶修工作的瓶頸。

3 斗輪軸與減速器聯接的改造優化方案及特點

為加強設備的維護與使用，針對斗輪機構的斗輪軸與減速機內部行星架聯接處的結構性問題進行分析和改造，以消除設備使用隱患，延長設備使用壽命，提高整機的生產效率。

在結構改造過程中，遵循保持原機構結構特征基本不變原則，同時不改變斗輪機構中斗輪軸裝配等各部件的安裝與定位。充分比較現有結構脹套聯接的優缺點，在充分重視生產現場脹套聯接容易造成粘死拆卸不便之不足下，考慮將原來的脹套聯接(鎖緊盤)進行局部優化改進，即將斗輪軸與減速機內部行星架［4］的脹套聯接改進為花鍵聯接［5］，并對減速機內部行星架予以相應改造，以進一步提高強度要求。兩種聯接結構特點如表1 所示。

表1 脹套聯接和花鍵聯接特點

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

圖4 斗輪軸外花鍵

根據減速器額定輸出扭矩，同時結合配套減速機內部行星架尺寸，根據機械設計手冊中GB3478.1-83具體選用模數為m =10、齒數Z =21、壓力角為30°的漸開線外花鍵。而在減速器內部，其內部行星架(材質:40Cr)的安裝及定位尺寸均不作變動，為增加其強度，略增加其聯接套外形厚度，即將原來的單邊厚度20 mm 增加至45 mm;同時其內部均改造為內花鍵結構形式，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m=10、齒數Z=21、壓力角為30°的漸開線內花鍵，如圖5 所示。設備裝配時，將斗輪軸裝配套入減速機內部行星架即可，端部配上簡易防塵蓋，由定位套定位花鍵的配合尺寸。

圖5 減速器內部行星架

如上綜述:改進局部聯接方式后的斗輪機構與原傳動機構相比較，斗輪軸傳動負荷能力增大，其結構更為緊湊，檢修方便，更換快速，安全可靠，可達到預期的改造效果。

4 結論

公司原料場的兩臺斗輪堆取料機在2009年改造備件到位的情況下進行了改造，取得了令人滿意的效果，并得到了公司當年四季度合理化建議成果獎。而通過這幾年的實際生產使用情況看，改造后斗輪機構傳動系統運行正常，內外花鍵磨損較小，使用壽命得到了提高。改造后的斗輪軸裝配如果出現問題需要修理或更換，它與減速機的連接拆卸快速便捷，局部上更有利于自身設備的更換與維護。據統計:整個拆卸過程由原來24 h 縮短為5 h，為現場生產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及時更換也更有效地保護了斗輪減速機，延長了斗輪減速機的使用壽命，大大節約了成本(一臺斗輪減速機的價格約為13 萬元，一次的修理費用約6 萬元)。

綜上所述，對堆取料機斗輪機構的研究及結構改進是可行的，值得借鑒與推廣。

［1］駱琪勝．斗輪堆取料機設計制造使用常見問題綜述［J］．機械研究與應用，2006，19(2):14－15．

［2］趙波．堆取料機斗輪軸的CO2焊接修復［J］．礦山機械，2005，33 (3):121－122．

［3］李建明，郭海濤，付海斌，等．DQL800/1250.30 型堆取料機構技術改造［J］．企業論壇，2012(6):38－39．

［4］尤瑞琳．行星減速器行星架的改造設計［J］．起重運輸機械，2002(7):32－33．

［5］李含立．斗輪堆取料機斗輪驅動機構聯接方式的改進［J］．電源技術應用，2013(10):231．

［6］徐灝．機械設計手冊［M］．北京:機械工業出版社，2001．

［7］吳克堅．機械設計［M］．北京:高等教育出版社，2003．

［8］邵明亮．斗輪堆取料機［M］．北京:化學工業出版社，2007．

［9］呂明薈，李毅民．斗輪堆取料機的發展趨勢［J］．港口裝卸，2008(2):6－9．

［10］張鼎祥．斗輪堆取料機總體設計概述［J］．科技與企業，2012(21):264．