堆取料机回转减速机定位装置研究 [复制链接]

刘金华

国家能源集团煤焦化有限责任公司西来峰分公司

摘要：为了提高回转减速机的定位可靠性、稳定性，根据对堆取料机回转机构的受力分析，对回转减速机现有定位装置提出改进设计，具体是对回转减速机上定位板的加固设计、下定位圈的分体式可调节设计。

关键词：堆取料机；回转机构受力分析；回转减速机定位装置；上定位板；下定位圈

0引言

堆取料机作为散装物料连续装卸输送的大型移动设备，现在已经是码头、货场、料场的主力设施，而其回转机构在取料作业中连续运转，是主要的工作部件。在大负荷可变力矩的作用下，回转机构各部件尤其是回转减速机的输出轴极易损坏。本文对堆取料机回转减速机上定位板、下定位圈进行了针对性改进，改善了使用效果。

1堆取料机回转支承结构类型及受力分析

1.1堆取料机回转机构支承结构类型

堆取料机回转支承结构是回转机构的主要部件，起到支承及回转双重作用，自旋转部分结合处分界，下部固定于门座结构上作为支撑固定部分，上部承托回转平台、立柱结构、臂架、俯仰机构等旋转部分，旋转部分相对转动，实现回转功能。堆取料机常见的回转支承结构主要有回转大轴承式、圆锥滚轮式和台车式。

(1）回转大轴承式支承结构

该支承方式采用1个回转大轴承作为回转部件，其上下座圈相对旋转运动，实现大车回转功能。回转大轴承结构有径向滚子、上下滚子分层布置的2排、3排滚道形式，也有径向、上下滚子交叉布置的单排滚道形式。回转大轴承式支承方式结构简单、尺寸紧凑、整机重心低、易于装配、抗倾覆能力强；对润滑及防水、防尘要求较高。回转大轴承使用寿命较长，如轴承质量优良且维护得当，更换周期可达10a；相对地其造价较高，直径?3m以上的回转轴承价格为20万元以上，更换轴承施工费用约为10万元。综上，回转大轴承以其结构简单紧凑、使用周期长、综合效益较高等特点，现被各厂家广泛使用，国内采用较多的为洛阳轴承厂生产的单排辊道交叉圆柱滚子轴承。

(2）圆锥滚轮式支承结构

圆锥滚轮结构轴承受力小，单组滚轮造价低，润滑要求低，最大的优势是更换滚轮施工简单，维修费用低；缺点是圆锥滚轮滚动阻力大，传动精度较低，滚轮组受力不均，产生位移和振动，在实际使用过程中磨损较快，维修较为频繁，现在已较少采用。

(3）台车式支承结构

该结构堆取料机的车轮沿圆周轨道回转，存在车身偏高、重心不稳、车轮组易磨损、维修困难且存在较大安全隐患等问题，现已基本被淘汰。

综上，本文结合实际工作当中接触到的一些厂家生产的斗轮式堆取料机，以应用最为广泛的交叉圆柱滚子轴承为研究对象，分析其回转机构受力特点，对回转驱动装置的定位方式进行分析，并提出针对性改造方案。

1.2堆取料机回转大轴承驱动方式简介

回转大轴承传动方式分为有齿式和无齿式，其中有齿式分为外齿圈式和内齿圈式，无齿式需另外布置齿圈。因有齿式结构加工精度较高、传递扭矩更大、结构更为简单紧凑而被更多采用；其中，外齿圈式回转大轴承因其易于制造及安装、便于运行观察和维护，内部空间充足便于中心漏斗布置，可传递扭矩相对较大，使用更为广泛。外齿圈式回转大轴承外侧布置整圈轴向直齿，因回转轴承尺寸较大，受现阶段国内扫描感应淬火工艺限制，在衔接处存在软带（易产生缺陷裂纹），安装布置时优先使用淬火硬区作为传动区域，将软带布置在传动区域的对侧；待硬区齿轮经多年使用磨损过度后，将回转轴承整体调转方向，使用软带延长使用寿命。也有部分厂家采用半齿圈式结构，仅在淬火硬区布置齿轮，控制综合使用成本。

回转机构的驱动形式主要为驱动电机+限矩型联轴器+制动器+减速机+输出齿轮+回转大轴承齿圈。回转驱动电机采用变频调速电机，以实现回转瞬时角速度n=1/cosφ的随角度φ增益的功能（综合考虑回转机构各部件承受极限及臂架斗轮等机构所受的冲击力、扭转力矩等因素，回转瞬时角速度n不能完全采用上式，通常将φ=70°时的回转速度设定为最大值，斗轮部位最大回转线速度νmax设定为30m/min左右）。回转电机布置方式有垂直安装、卧式安装2种，考虑轴承受力及其他部件安装配合，以卧式安装为宜。限矩型联轴器采用摩擦式离合器等形式，其与电力液压制动器组成总成，缓解回转启停过程中的巨大冲击，保护回转传动装置各部件。回转减速机为立式行星齿轮减速机，具有较大的传动比，通过其输出轴上的小齿圈与回转大轴承外齿圈啮合，实现精准传动。

1.3堆取料机回转驱动装置受力分析

堆取料机回转机构受力复杂，受力方向既有水平的，又有垂直的，各力矩又随不同的工况动态变化，产生多角度复合力矩。

回转机构在运转时，水平方向力矩应满足

Tz＞Tm+Tc+Tw+Tp+Tq

式中

Tz——回转减速机输出轴齿轮转动力矩；

Tm——回转轴承摩擦阻力矩；

Tc——斗轮体切削物料时的侧向阻力矩；

Tw——斗轮及臂架运行时承受的风阻力矩；

Tp——坡道阻力矩；

Tq——回转各部位启动惯性力矩。

回转机构水平方向力矩的波动会通过齿圈啮合传递至回转减速机，强大的扭转力矩致使回转减速机产生扭动，影响回转减速机定位。

回转机构在垂直方向上所受力矩平衡方程：

空载状态下

Tkj=Tg-Tp1-Tp2

载重状态下

Tzj=Tl+Tg-Tp1-Tp2

式中

Tkj——空载状态下的接地力等效力矩；

Tg——前臂架斗轮等机构的重力等效力矩；

Tp1——平衡机构配重等效力矩；

Tp2——臂架尾部配重等效力矩；

Tzj——工作载重状态下的接地力等效力矩；

Tl——斗轮取料机皮带上物料的重力等效力矩。

回转机构垂直方向的力矩随工作负荷变化较大，致使回转平台的平衡状态持续变化，对回转减速机输出轴齿圈与回转大轴承齿圈的啮合状态影响极大，回转减速机输出轴齿轮会产生杠杆效应，不断破坏安装时设定的啮合间隙和啮合面积。

回转机构所受的水平、垂直方向力矩最终全部经大小齿圈啮合传递至回转减速机，致使回转减速机产生肉眼可见的起伏和扭动，对回转减速机的定位装置产生极大破坏力，对回转减速机定位装置的强度和合理性提出了严格要求。

1.4堆取料机回转减速机定位方式

堆取料机回转传动装置示意图如图1所示。堆取料机回转减速机为立式行星齿轮减速机，为了平衡水平、垂直方向的扭转及顶升力矩，回转减速机具有上下两部分定位装置，根据其受力特点，上部定位装置为安装在回转减速机上的方形定位板，起到固定回转减速机主体的作用；下部定位装置为环形定位圈，固定回转减速机下部腔体，限制其左右扭动，保证齿轮垂直啮合。

图1堆取料机回转传动装置示意图

1.回转减速机2.回转减速机输出轴齿轮3.回转轴承（外侧为齿圈）

4.下定位圈5.回转平台基体6.上定位板

回转机构减速机依靠上部定位板、下部定位圈固定于回转平台基体上，上部定位板由定位块定位、紧固螺栓固定；下部定位圈为整体圆盘式，焊接于回转机构基体上。下部定位圈起到固定回转减速机下部腔体、保持回转减速机输出轴齿轮与回转轴承外齿圈平行传动、平衡减速机转动扭矩、减小减速机窜动位移的作用。

2堆取料机回转减速机定位装置研究与改进

2.1回转减速机上定位板研究及改造

(1)上定位板实际使用概况

堆取料机回转减速机原机上定位板为25mm厚度钢板制成，外侧布置有长螺孔，与回转平台基体固定联接；中心位置为立式回转减速机安装位，沿圆周布置螺孔，将回转减速机与上定位板联接一体；上定位板为三侧方形、外侧圆环形，在方形的直角处布置有定位块，将定位板定位在回转平台基体上。在上定位板的方形与圆环形的交界处为应力集中点，因承受回转减速机扭转及顶升力矩，容易自应力集中点发生断裂，需进行改造设计，增强稳定性。某型号堆取料机回转减速机上部定位板示意图如图2所示。

图2原机上定位板

(2)上定位板改造设计

针对堆取料机上定位板强度不足、存在应力集中的缺陷，对上定位板做出了加强改造。改造后的上定位板如图3所示。

图3改造后的上定位板

将定位板钢板厚度由25mm改为30mm，提高强度；将原设计的圆环形一侧延伸为方形，消除应力集中点，防止断裂；自延伸方向增加螺孔固定，提高整体稳定性；在定位板上开4个定位榫槽，同时起到纵向横向的定位作用。通过回转减速机上定位板改造，提高了定位板强度，避免了应力集中，可以防止定位板发生断裂，提高了上定位板稳定性，保障回转减速机齿圈啮合精度。

2.2回转减速机下定位圈研究及改造

(1)下定位圈实际使用概况

因下定位圈与回转减速机腔体为H9/h9间隙配合，最小配合间隙为0，检修时拆卸、吊装、安装回转减速机较为困难，在实际作业环境中经常因抢修进度将定位圈整体割除、重新焊接，或者割除后弃置不用。将定位圈整体割除、重新焊接的方式作业效率低下，需打磨基体平面，且不易调整齿轮配合间隙；若割除后弃置不用，减速机位移窜动严重，极易引起传动齿轮过度磨损，甚至断齿。针对回转减速机整体式定位圈上述缺陷，急需一种便于减速机拆卸安装且方便调节的定位装置。原结构下定位圈如图4所示。

图4原结构下定位圈

1.下定位圈2.回转平台基体

(2)回转减速机下部分体式定位装置设计针对某型号堆取料机回转减速机下定位圈的缺陷，设计了分体式定位装置，将原来整体圆盘式、焊接固定的下部定位圈更改为分体式、螺栓锁紧固定方式。分体式定位装置基本结构如图5所示。

图5改进后分体式定位装置

1.分体式定位圈2.紧固螺栓3.辅助定位环

4.调节螺栓5.回转平台基体

分体式定位圈上排布平行方向的长圆孔，便于移动、调节，使用紧固螺栓锁紧于回转平台基体上；定位圈外侧设置辅助定位环，焊接于回转平台基体上，为调节螺栓提供锚点、起固定作用；调节螺栓布置于辅助定位环上，起到顶丝调节及固定定位圈的作用。本文设计中采用的分体式定位圈为两片式，该结构可根据需要采用3片式至多片式；辅助定位环为整体圆环式，该结构可根据需要设计为分段式或多块式；定位圈的螺栓紧固方式可以采用通孔式，或者在回转平台基体上开孔攻丝的方式固定，根据需要灵活选用。因回转减速机是在悬臂空载状态下安装调试，考虑到负载状态下臂架的前倾状态，在回转减速机初装调整齿轮啮合间隙时，应在满足大小齿轮啮合间隙不小于70%情况下，优先保证齿轮下部端面啮合良好。

堆取料机回转减速机分体式定位装置作用原理：辅助定位环预先焊接在回转平台基体的回转减速机安装位上；待回转减速机吊装至安装位后，将分体式定位圈置于减速机腔体外部，转动各调节螺栓顶动减速机，使齿轮齿圈啮合间隙符合要求；锁紧调节螺栓上的螺母，将定位圈径向紧固；锁紧定位圈上的紧固螺栓，将定位圈轴向紧固。采用分体紧固式定位圈，可以在保持定位可靠的需求下提供维修便利性，拆装方便，保护传动齿轮。

(3)回转减速机下部分体式定位装置优点

改进后的堆取料机回转减速机分体式定位装置与原来整体式定位圈相比具有如下优点：

①安装调节方便

该装置具有多方向的调节螺栓，通过旋转调节螺栓可便利的调节回转减速机位置，具有自动中心作用，相对于原来使用倒链、千斤顶、撬棍的方式提高了维修效率。分体式定位装置在回转减速机安装使用后可根据回转齿圈啮合情况随时调节，应对减速机输出齿轮在负载和空载情况下的垂直度不一致情况，防止齿轮上下偏磨，解决了整体焊接式定位圈一次性安装后不可再次调节的弊端；

②提高维修便利性

使用螺栓调节方式相对于原来需切割整体定位圈、调整减速机位置后重新打磨定位圈及安装位焊接的方式，提高了维修便利性。随着回转减速机输出轴齿轮与回转轴承外齿圈逐步磨损，其啮合间隙发生变化，可通过调节螺栓便捷地调整、紧固；

③经济性高

通过分体式定位装置的方便快捷调整，保持回转减速机输出齿轮与回转轴承外齿圈平行传动，维持啮合间隙合理，减少齿轮磨损、避免断齿，延长其使用寿命，节省配件更换费用；借助分体式定位装置方便调节、便于维修的特点，节省维修产生的工时、吊装、运输等费用，避免了长时间停机维修的停产损失。

3结语

通过对回转减速机上定位板及下定位圈的针对性改进设计，可以解决回转减速机输出齿轮与回转大齿圈啮合角度变化造成的偏磨问题，方便固定及调节，在实际应用中具有重要意义。

参考文献：

[1]张亮,尚飞,李洁.臂式斗轮堆取料机回转机构驱动功率的计算[J].起重运输机械,(2):25-30.

[2]罗太景.单排交叉滚柱式回转支承保养维护与故障诊断分析[J].煤矿机械,,30(3):-

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