選煤廠火車裝車系統擺動溜槽裝車機構的優化

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,選煤廠煤炭產品外運方式大多為火車運輸。煤炭產品裝車過程,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點[2].太原選煤廠副產品火車裝車系統采用擺動溜槽裝車機構,為了實現連續運轉的運輸設備對存在車廂空擋間隙的火車進行裝車,裝車系統擺動溜槽在工作過程中需不斷擺動以進行緩沖,時常因為設備故障而導致裝車不暢,因此需對原有的火車裝車系統擺動溜槽機構進行優化設計。

1 擺動溜槽裝車機構

裝車過程中,擺動溜槽裝車機構通過電機減速機驅動機構實現鋼絲繩伸縮,從而帶動固定于鋼絲繩另一端的擺動溜槽實現上下擺動。當火車車廂到達擺動溜槽下方時,驅動機構正轉,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,當火車車廂裝滿時,驅動裝置反轉,通過鋼絲繩的縮短帶動擺動溜槽上升,當裝車完畢后擺動溜槽完全提起,直至下一節車廂到達時,再緩慢放下擺動溜槽進行裝車,如此往復動作以實現對火車車廂的裝車。擺動溜槽裝車機構結構見圖1.

圖1 擺動溜槽裝車結構圖

2 存在的問題及原因分析

2.1 存在的問題

根據對前期火車裝車數據的統計,每月因為裝車溜槽機構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斷絲、斷股現象頻發,甚至有時出現鋼絲繩斷裂的現象,一旦鋼絲繩出現斷絲、斷股、斷裂等問題,需要快速對鋼絲繩進行檢修更換,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,每月裝車溜槽機構鋼絲繩出現問題平均次數為2次,影響裝車時間約為4 h.

2) 對于傳動對輪尼龍銷出現切斷的情況,即出現電機轉,減速機不轉。檢修更換尼龍銷過程復雜,需要先將安全罩、抱閘、電機地腳螺栓以及兩端的擋片拆除,再進行更換,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,另一端安裝于驅動裝置的繩槽內。裝車過程中,當擺動溜槽起升或下降的過程中,鋼絲繩一端在提升機構的繩槽內隨著驅動裝置轉動沿繩槽進行橫向移動,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構,只能沿縱向進行擺動,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,分別為機械磨損、彎曲疲勞、外傷,而其中機械磨損又分為均勻磨損、變形磨損、內部磨損[3];現場扭力無法得到釋放的情況屬于機械磨損中的內部磨損,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,使相鄰股之間產生局部壓痕。

2) 導繩輪直徑小,在裝車過程中,鋼絲繩在經過導繩輪時,對鋼絲繩的彎折將會加大,裝車過程中鋼絲繩經過多次折彎后,極易出現斷絲、斷股的現象,縮短了鋼絲繩的使用壽命。導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,即無數次的彎曲,容易使鋼絲繩產生疲勞,韌性下降,最終導致斷絲。

3) 由于擺動溜槽機構裝一節車廂就需要上下運動一次,要實現經常性的上下往復運動,需要頻繁切換電機正反轉,導致電機和減速機中間連接的傳動對輪尼龍銷經常性出現被切斷的現象。傳動對輪尼龍銷結構不適用于頻繁切換正反轉的場合,而剛性連接適用于頻繁切換正反轉的場合。

3 解決措施

1) 導繩輪安裝方式由原來的固定式改為活動式,先將旋轉軸固定于廠房鋼梁結構上,而旋轉軸與導向繩輪框體通過間隙配合進行裝配,采用鉸接方式將導繩輪與旋轉軸連接,導繩輪框體可繞旋轉軸進行轉動,當鋼絲繩沿著驅動裝置繩槽移動時,通過導繩輪的旋轉,可以有效釋放鋼絲繩兩端的扭力。優化前后導繩輪結構見圖2.

圖2 優化前后導繩輪結構圖

2) 現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算式(1)[4],計算出11 mm鋼絲繩的曲率半徑為416 mm,于是對導繩輪直徑進行重新設計,在不影響現場安裝的條件下,優化后的鋼絲繩導繩輪直徑設計為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、減速機中間連接的尼龍銷對輪更換為爪式聯軸器,爪式聯軸器為剛性連接,其結構見圖3,爪式聯軸器可有效避免因為頻繁切換正反轉而造成的尼龍銷切斷的問題。

圖3 爪式聯軸器結構圖

4 效 果

改造后經過一年試運行,鋼絲繩斷絲、斷股、斷裂的現象由原來的每月2次變為現在半年1次,鋼絲繩的使用壽命延長,爪式聯軸器運行平穩,現場改造后沒有出現設備故障問題,降低了檢修工人的勞動強度,提高了車皮的周轉率。優化改造后,擺動溜槽裝車機構故障影響裝車時間由每月7 h變為每半年4 h,生產系統裝車的連續性得到了保障。

5 結 語

擺動溜槽裝車機構是一種常用的裝車結構,對于兩端位移不同步的結構中間的導繩輪固定方式宜為鉸接,對于導向鋼絲繩的結構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的機構傳動連接宜采用爪式聯軸器,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,有效避免類似設備故障的發生。