重型數控臥車承載能力提升改造

張朝陽，韓兆舉，孟天宇，申明付，郭 杰，姚培根

（1.洛陽中重設備工程工具有限責任公司，河南洛陽 471003 2.中信重工機械股份有限公司，河南洛陽 471003）

重型數控臥車承載能力提升改造

張朝陽1，韓兆舉1，孟天宇1，申明付2，郭 杰2，姚培根2

（1.洛陽中重設備工程工具有限責任公司，河南洛陽 471003 2.中信重工機械股份有限公司，河南洛陽 471003）

超大型回轉件本身質量大，現有的重型臥車不能滿足加工需要，通過加裝輔助托輥分載裝置對機床承載能力進行提升改造，達到高效率、短周期、低成本的改造要求。

重型數控臥車；承載能力；提升改造

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.05.53

0 引言

國家重大戰略工程必須由極端制造能力提供保證與支撐。極端條件下的可靠服役已成為復雜裝備制造的基本特點和要求。重型制造裝備的基本特點是尺度、載荷、慣量巨大，為滿足重型裝備的制造加工，需要機床具備更高的加工能力，針對大型臥車承載能力的提升改造，介紹一種低成本、短周期的改造方案。

1 改造背景

中信重工機械股份有限公司為國內某公司生產制造的冶金設備Φ4400 mm×18 000 mm底吹熔煉爐，筒體外徑4400 mm，筒體長14 380 mm，重149.112 t。底吹熔煉爐筒體使用Φ6000 mm×22 000 mm臥車（機床型號TP300）加工，機床主要性能參數：主軸卡盤和尾座卡盤中心距床身高3000 mm（最大回轉直徑6000 mm），過刀架最大加工直徑4600 mm，最大加工工件長度22 000 mm，前后夾盤直徑均為4000 mm，機床承重120 t。底吹熔煉爐筒體重量超出該機床設計承重能力，不能滿足加工要求。為滿足生產需求及后續同類產品的加工，需要一套高效率、短周期、低成本的解決方案。

2 改造方案

TP300臥車主軸結構如圖1所示，主軸箱和尾座主軸均為主軸—卡盤結構，卡盤裝卡工件后，通過主軸前、后軸承提供支撐力并使工件進行支撐回轉，承載工件重量的能力關鍵在于主軸前、后軸承的額定承載能力。通過更換軸承型號提高軸承的承載力，也可以實現臥車承載能力的提升，但必須對箱體、主軸上軸承位置尺寸進行設計更改，這樣不僅完全改變了原有的配合尺寸，同時要對主軸箱、尾座進行拆解，甚至更換主軸，工作量大，成本高，且存在加工質量、裝配精度等不確定性因素，難以滿足高效率、短周期、低成本的改造要求。

圖1 TP300臥車主軸結構示意

改造要求是不改變原有內部機械結構，從外部入手解決承載力問題。經綜合考慮，決定在主軸箱卡盤和尾座卡盤下方各增加一套輔助托輥分載裝置，通過為主軸卡盤提供輔助支撐分力提升機床的承載能力，同時為了保持卡盤的整體剛度、強度和耐久性，在卡盤外圓熱裝一輪帶，使輔助托輥分載裝置的支撐力通過輪帶傳到卡盤主軸，分載工件重量。機床改造承重結構布置見圖2。

3 改造內容

（1）輔助托輥分載裝置。輔助托輥分載裝置的2套輔助托輥分別與卡盤輪帶相切接觸，與卡盤豎直軸線方向成30°夾角（圖3）。輔助托輥通過卡盤輪帶托住卡盤，用于卸荷機床承載力。托輥內部為調心軸承，工作過程中可根據受力方向變化進行微量自適應調整，以保證分載效果。通過調整絲杠、絲母實現對輔助托輥支撐預緊力的調整，達到最佳的接觸效果。

圖2 機床承重結構布置示意

圖3 機床承重改造示意

輔助托輥裝置靠下部的托輥支承座、托輥導軌座支撐。托輥支撐座有通長鍵槽，與輔助托輥下部的鍵形成滑動副，對輔助托輥的徑向移動進行導向，同時進行軸向定位。尾座端下方的托輥導軌座與床身導軌接觸，并將托輥導軌座通過連接板與尾座體連為一體，使尾座端輔助托輥裝置可以隨尾座移動，以適應不同長度的工件，避免拆卸。主軸箱端輔助托輥裝置不需要移動，托輥導軌座直接與主軸箱體下部支撐固定連接。

（2）卡盤輪帶。由于卡盤材料為鑄鐵，而輔助托輥材料一般采用經表面淬火后的42CrMo，輪帶材料選 45#鋼。輪帶工作過程中，要受到托輥的作用力，如采用鉚焊件，焊縫連接處的硬點會對托輥產生循環沖擊載荷，使托輥較快產生壓痕點蝕磨損，影響精度和使用壽命，同時托輥軸承由于振動磨損縮短使用壽命。如采用鑄鋼或鑄鐵件，硬度遠低于托輥表面硬度，兩者對滾易造成輪帶較快磨損，因此輪帶材料選用鍛件。

輪帶與卡盤選用過盈配合，熱裝方式安裝，使輪帶對卡盤圓周上的固持力均勻，加強卡盤的剛度和強度。根據卡盤尺寸選擇輪帶與卡盤合適的過盈量，過盈量小，可導致工作過程中輪帶與卡盤產生相對移動；過盈量過大，則熱裝冷卻后會因輪帶對卡盤的固持力過大，對卡盤結構產生不利影響。

圖4 TP300臥車改造后使用效果

4 改造效果

TP300機床改造完成后，完成了Φ4400 mm× 18 000 mm底吹熔煉爐筒體的加工任務（圖4），臥車加工承載能力得到提高，實現高效率、短周期、低成本的改造要求。提高企業的核心競爭力，也為未來大型機床的再次擴展提供可借鑒的方法。

［1］高峰，郭為忠，宋清玉，等.重型制造裝備國內外研究與發展［J］.機械工程學報，2010（19）:46-47.

TG502.7

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〔編輯 李 波〕