全回轉減震車輪應用技術探討

吳元祥 劉繼芳 謝正

【摘 要】重載繞軸回轉設備中，軸兩側會有懸臂結構，執(zhí)行過程中容易產(chǎn)生沖擊，造成系統(tǒng)的振動和不穩(wěn)定，對設備的安全性、壽命以及設備的正常工作均造成很大的影響。全回轉減震車輪的應用，可增強系統(tǒng)穩(wěn)定性，增強系統(tǒng)剛度，使系統(tǒng)更安全、穩(wěn)定地運行。

【關鍵詞】減震;減震輪;全回轉;預緊力;輔助車輪

【中圖分類號】U653 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）12-0036-02

0 引言

在冶金、礦山、化工、機械等很多重載繞軸回轉設備中，類似圖1所示，軸兩側會有懸臂結構，但是，與此同時執(zhí)行機構也在懸臂結構上，這樣在執(zhí)行過程中容易產(chǎn)生沖擊，造成系統(tǒng)的振動和不穩(wěn)定，對設備的安全性、壽命以及設備的正常工作均造成很大的影響。

在工程實踐過程中，設計了一種全回轉減震車輪的應用，安裝在繞軸回轉的懸臂結構上，對上面提到的各種缺陷有很大裨益，現(xiàn)就這種全回轉減震車輪結構進行探討。

1 全回轉減震車輪結構及功能

全回轉減震車輪結構如圖2所示。其中件1為圓弧導軌，根據(jù)減震輪安裝軸線到回轉中心的距離確定其半徑，固定于回轉底座上。件2為減震輪，其通過圓弧接觸在導軌上行走。件3、件4、件5分別是輪軸卡板、輪軸、定位套;輪軸卡板主要是鎖住輪軸不隨軸承的轉動而轉動，定位套定位軸承內圈，減震輪不會軸向竄動。件6、件7、件8分別是防塵圈、軸承蓋、圓柱滾子軸承，軸承蓋主要是壓緊軸承外圈，以保證減震輪軸承的正確安裝，因類似這些重載的工況都比較惡劣，粉塵比較重，軸承兩側均應加防塵圈對軸承進行保護。此處選擇圓柱滾子軸承基于以下3點考量：①這種結構的負載比較大，圓柱滾子軸承的承載能力較強。②這種結構的轉速比較低，尤其是減震輪的轉速更低。③此處選用內圈兩邊都帶凸緣的圓柱滾子軸承，安裝簡單，定位可靠。

件9至件16是此減震輪結構設計的亮點所在。因為減震輪是在懸臂機構繞軸運動的過程中，帶動減震輪在圓弧導軌件1上運動，同時減震輪又反過來支撐懸臂結構，那么減震輪就有如下4個設計要點：①減震輪應能繞輪軸全回轉，這樣減震輪在與軌道配合的運動副中能始終保持減震輪與軌道處于相切方向，以實現(xiàn)順利的繞軌行走，否則就會卡死。②減震輪需有一定的減震功能，并剛度可調，這樣既可對懸臂結構進行輔助支撐，同時也不至于在行走過程中碰到高點而卡死。③軸承的選用上，既要使減震輪能實現(xiàn)全回轉，也同時要考慮軸承能進行自由的上下緩沖減震。基于以上考慮，如果選用常規(guī)的球軸承或者滾子軸承，雖然球軸承與滾子軸承與支撐軸的過渡配合導致全回轉很容易實現(xiàn)，但難以實現(xiàn)軸向的上下緩沖運動，且為了保證導向的穩(wěn)定性，軸承與支撐軸的配合長度要足夠長，因此最終選擇了銅套。銅套的耐磨性好，同時可以減少對支撐軸的損傷。④在減震材料的選用上，減震材料無非是各種彈簧、蝶簧、板簧，此處要考慮彈性可調。彈簧的彈性在調試中截取長短比較麻煩，且對于重載，彈性系數(shù)不高，這里選用了最容易操作的件10蝶簧，調整彈性剛度時只需將蝶簧數(shù)量進行調整即可。蝶簧要起到減震作用得有兩個獨立的作用面同時套在固定軸上進行上下運動減震，故件9輪架設計為帶軸支撐，蝶簧在回轉運動過程中同時受緩沖力的擠壓，容易對承載緩沖端面產(chǎn)生摩擦，出于對緩沖端面保護考慮，上下兩端面均增加了件11銅環(huán)。

件13銅套設計如圖2所示結構，法蘭便于安裝到件16安裝座上，外圓與件16內孔進行配合，內孔與件9輪架的支撐軸小間隙配合，這樣件10蝶簧套在輪架的支撐軸上，支撐軸的上端穿過銅套后用鎖緊螺母對蝶簧進行預緊，同時用薄型螺母將鎖緊螺母鎖緊。壓板將銅套壓緊安裝同時隔離蝶簧減震時對銅環(huán)的沖擊，同時隔板外再加一銅環(huán)11耐磨對壓板形成保護，同理，在輪架支撐軸的下方也加一銅環(huán)11對輪架形成保護。

最后件16安裝到懸臂結構上，這樣在懸臂結構和回轉導軌之間形成對懸臂結構的支撐，在調試過程中，還可以進行蝶簧的增減，鎖緊螺母的松緊調節(jié)來增強減震輪的支撐剛度，使系統(tǒng)在最佳的狀態(tài)下運行。

通過以上結構的設計，這樣當繞軸運動的懸臂結構在繞軸電機的驅動下繞軸運動，懸臂結構則通過件16安裝座帶動整個減震輪系統(tǒng)在既定圓弧導軌上運動，同時減震輪對懸臂結構進行自適應反作用支撐，懸臂結構也回轉更加平穩(wěn)、安全。在回轉過程中，因導軌是圓弧形，導軌與車輪形成運動副，導軌會逼迫車輪進行自身的全回轉以適應導軌的形狀，這樣輪架的支撐軸會在銅套內進行自適應回轉，同時銅套會帶動輪架使減震輪始終沿著導軌的切向方向行進;在前進過程中，因導軌的公差，安裝的誤差，以及懸臂結構上的負載沖擊等，都會對減震輪形成沖擊，減震輪的蝶簧會吸收這些沖擊而上下運動，而輪架的支撐軸能在銅套內部自由的上下運動把震動傳遞到蝶簧吸收。在回轉過程其實蝶簧也是在進行回轉的，因蝶簧上同時有沖擊和預緊力，在回轉過程中會產(chǎn)生很大的摩擦，故用銅環(huán)11進行上下保護后，大大減少了蝶簧對其他件的損壞，同時便于更換，另外銅環(huán)的摩擦系數(shù)小，也減小了摩擦力。

減震輪的安裝，首先將減震輪組件全部組裝完畢后方可將組件沿導軌推送到懸臂結構安裝位進行安裝。由圖2可知，減震輪系統(tǒng)的總高度是高于懸臂結構與導軌之間的距離。在安裝減震輪之前得把輪架支撐軸上的鎖緊螺母鎖緊，壓縮碟簧的間隙，這樣減震輪組件就可順利推送到安裝位，對好孔位，螺栓鎖緊即可，最后松開支撐軸承的鎖緊螺母，釋放碟簧的間隙，則減震輪復位到弧形軌道上，起到輔助支撐作用。

以上結構通過運行驗證后得到了預期的設計效果。增強了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和系統(tǒng)剛度，增強了系統(tǒng)的安全性。

2 結語

通過運動分析、結構分析和合理的方案布局，以及后續(xù)的選型和結構優(yōu)化等的操作，設計出比較優(yōu)化的結構使我們的系統(tǒng)更安全可靠，使工廠的生產(chǎn)更安全，人民的生命更有保障，努力實踐科學化的安全之路，減少事故，減少傷亡。

參 考 文 獻

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[4]孫桓，陳作模.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2000.