堆取料機斗輪減速箱低速端空心軸打滑應急處理

常 新 鄒 勇 劉 江 陶正河

1 舟山鼠浪湖碼頭有限公司 2 弗蘭德傳動系統有限公司

1 引言

斗輪堆取料機是一種利用機上帶式輸送機連續堆料、利用斗輪裝置連續取料，將堆料、取料功能集于一身的散料堆場專用機械[1]。目前廣泛用于港口、冶金、水泥和電廠等行業，適用于礦石、煤炭等貨種的堆取作業。舟山鼠浪湖碼頭有限公司堆取料機采用懸臂式結構，分為斗輪、行走、俯仰和回轉等機構[2]。

斗輪減速箱低速端聯接由收縮盤、減速箱空心軸和斗輪實心軸組成(見圖1)[3]。其中收縮盤由脹套外圈、螺栓、脹套內圈組成，脹套內圈是楔形結構，通過對螺栓的預緊，使脹套內圈楔入脹套外圈與減速箱空心軸之間的縫隙中，減速箱空心軸因擠壓產生變形。減速箱空心軸產生的彈性變形使減速箱空心軸與斗輪實心軸之間產生正壓力，依靠其之間的摩擦力進行驅動力的傳遞。

1.脹套外圈 2.螺栓 3.脹套內圈 4.減速箱空心軸 5.斗輪實心軸圖1 收縮盤裝配示意圖

堆取料機在取料作業時出現斗輪停轉但電機還在運轉的情況，技術人員現場重載檢查，發現斗輪收縮盤的減速箱空心軸與斗輪實心軸之間存在相對滑動，并且脹套內圈與脹套外圈之間存在錯位。

2 原因分析

根據以往工作經驗及現場故障現象綜合評定，初步判斷為因收縮盤螺栓松動導致減速箱空心軸的彈性變形形變量減小，正壓力減小，從而造成減速箱空心軸與斗輪實心軸之間的摩擦力減小，所能傳遞的最大扭矩減小。當斗輪正常作業時所需的力矩大于減速箱空心軸所傳遞的力矩時，減速箱空心軸與斗輪實心軸之間將產生打滑。對螺栓重新預緊后，斗輪取料試運行，打滑現象依然存在，從而進一步判定斗輪實心軸與減速箱空心軸的配合面已損壞，減速箱與斗輪之間的的聯接已失效。隨后對斗輪減速箱進行了整體拆卸，發現減速箱空心軸的內腔配合面磨損嚴重。

收縮盤螺栓規格為M30，等級為12.9級。查閱技術資料，預緊扭矩為1 950 Nm。根據現場觀察及安裝技術資料綜合分析，發生此次故障的主要原因是初始安裝過程中，施工方未按該斗輪減速箱的安裝規范進行安裝，導致脹套的螺栓預緊力矩達到1 950 Nm而減速箱空心軸對斗輪實心軸的正壓力未達到設計需求。隨后在長時間作業過程中，斗輪機構偶爾會出現突發過載的情況，從而使得減速箱與斗輪的聯接逐步失效。

3 維修方案

3.1 維修方案對比

現場將減速箱從斗輪軸上拆卸后進行尺寸測量，發現減速箱空心軸內腔表面磨損深度已達3 mm，且有偏心鏜孔現象，斗輪實心軸表面也存在磨損和凹坑的情況，提出以下2種維修方案。

一般修復方案：一次性更換斗輪實心軸與減速箱空心軸，其中減速箱空心軸為進口件，無備件需要定制，更換時需返回原廠維修基地，對減速箱空心軸和行星架整體更換。

應急處理方案：將斗輪減速箱整體運入加工廠進行修復性修理，主要是將斗輪減速箱空心軸內腔鏜孔后再鑲嵌銅套，使其滿足與斗輪實心軸之間的裝配公差，達到安裝要求。斗輪實心軸制作材料為42GrMo，表面熱處理硬度為HB240～285；減速箱空心軸制作材料為QT700，表面硬度為HB230～250。此處銅套需要綜合考慮硬度、一定的延展性能以及耐磨性能，錫青銅合金滿足其使用需求。

2種維修方案的優缺點比較見表1。考慮到修復周期、待機時長及修理成本等，確定應急處理方案為最終的修復方案，返廠維修方案作為備用方案。

表1 兩種維修方案比較

3.2 維修實施過程

3.2.1 拆卸減速箱

將堆取料機行進到指定維修位置，懸臂固定于臂架錨定平臺，下方增加與斗輪減速箱、扭力臂等需拆卸的零部件重量相匹配的配重塊。將斗輪收縮盤螺栓拆出，扭力臂拆除，然后把減速箱與扭力臂整體吊出，送往機械加工廠。

3.2.2 尺寸測量及鏜孔加工

測量斗輪實心軸配合面的外形尺寸，確定磨損情況。測量脹套內、外圈外形尺寸，確定有無形變(若圓度偏差大于0.5 mm，則需更換收縮盤)；測量減速箱空心軸內腔磨損深度及內、外兩臺階的同心度，由此初步確定減速箱空心軸內腔需鏜掉的尺寸為3 mm。

此時銅套需最小厚度為3 mm，但加工時裝夾不便，無法保證加工精度，且對于?400 mm的錫青銅合金套而言，厚度過薄會導致其加工件產生裂紋、變形甚至碎裂。故綜合考慮，最終確定減速箱空心軸內部孔由?390 mm鏜到?400 mm、外部孔由?395 mm鏜到?409 mm。

將減速箱裝夾在落地銑鏜床上，從外到內依次鏜孔，須保證兩孔的同心度。鏜孔完成后，表面需人工研磨，然后復測內腔孔徑尺寸。

3.2.3 制作銅套

使用錫青銅合金制作2個銅套,并滿足斗輪實心軸與減速箱空心軸的裝配尺寸。銅套的內徑基本尺寸以修復后的斗輪實心軸外徑實際尺寸為準。并保證銅套與斗輪實心軸裝配為間隙配合，間隙量為0.1 mm(此間隙量為原裝配配合的最大間隙量)。銅套外徑基本尺寸以加工后的空心軸內徑實際尺寸為準。并保證銅套與空心軸裝配為過盈配合，過盈量為0.03 mm(此過盈量為防止銅套滑動但又不至于過大導致銅套安裝時碎裂)。

3.2.4 銅套裝配

安裝時不能使用敲擊安裝的方式，利用壓蓋工裝安裝，保證銅套各邊均勻進入，防止產生偏移。先安裝減速箱空心軸內腔內孔的銅套，完成后復測銅套外邊緣至空心軸外邊緣尺寸，保證安裝到位，與原空心軸兩臺階界線一致，隨后安裝減速箱空心軸內腔外孔的銅套。

兩銅套安裝完成后，需對內腔外孔銅套進行定位。先將銅套外邊緣與減速箱空心軸端面打磨平整，然后在兩者交界處均布鉆4個螺紋孔，擰入沉頭緊定螺釘，防止銅套與空心軸之間產生相對滑動。

3.2.5 收縮盤組裝

脹套內、外圈表面清除異物、打磨干凈，在脹套內圈的內外表面涂抹二硫化鉬潤滑脂。先將脹套外圈套入減速箱空心軸，然后壓入脹套內圈，并安裝螺栓，安裝前需在螺紋表面涂抹二硫化鉬潤滑脂(見圖2)。組裝完成后，做好保護措施，整體運回現場安裝。

圖2 收縮盤組裝完成

3.2.6 整體安裝

利用預先做好的2個工藝鋼套(此2個鋼套的內徑基本尺寸為實測斗輪實心軸外徑尺寸，并保證其與斗輪實心軸的間隙量為0.05 mm)與斗輪實心軸進行預拼裝，若工藝鋼套無法套入斗輪實心軸，則打磨斗輪實心軸的干涉處，直至可以完全套入。卸下工藝鋼套，進行減速箱的整體拼裝，扭力臂安裝，按照安裝規范進行收縮盤的螺栓預緊。

螺栓預緊采用扭矩-轉角控制法，先把螺栓空手帶緊，然后螺栓按順時針順序逐圈預緊，每個螺栓擰轉角度1/4圈。整個預緊過程共分為3次，依次為1 000 Nm、1 500 Nm以及1 950 Nm，必須保證每個螺栓的預緊扭矩達到同一節點后，再開始下一階段的預緊，以降低累計誤差對最后預緊扭矩的影響。

安裝完成后恢復油管、梯子護欄等附屬部件，拆除所有工裝等臨時設施，補漆，清理現場。

3.2.7 試車

先開始小流量試運轉，經過一段時間的試運轉觀察修復可靠，可滿足功能性需求。但是為了防止二次損傷，先將此臺堆取料機的取料流量限制在4 000 t/h及以下(額定取料流量6 000 t/h)，后續根據跟蹤的運行情況，適當增大取料的限制流量。

4 結語

截至2020年4月，該堆取料機已運行3個月，累計取料超過180萬t，與其他堆取料機作業產量基本近似，完全滿足生產需要，復查未再發現斗輪實心軸與減速箱空心軸相對滑動的情況。

與采購原廠備件的6個月的采購周期相比，通過對斗輪減速箱低速端的應急修復性修理，僅用時5天，就完成了斗輪機減速箱空心軸的修復安裝，極大地縮短了等備件的待機時間，提高了修復效率，并且基本保證了堆取料機的正常生產作業，對港口堆取料機的斗輪減速箱空心軸應急維修具有借鑒意義。