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(dòng)系統(tǒng)有限公司

1 引言

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

斗輪減速箱低速端聯(lián)接由收縮盤、減速箱空心軸和斗輪實(shí)心軸組成(見圖1)[3]。其中收縮盤由脹套外圈、螺栓、脹套內(nèi)圈組成，脹套內(nèi)圈是楔形結(jié)構(gòu)，通過對(duì)螺栓的預(yù)緊，使脹套內(nèi)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(chǎn)生變形。減速箱空心軸產(chǎn)生的彈性變形使減速箱空心軸與斗輪實(shí)心軸之間產(chǎn)生正壓力，依靠其之間的摩擦力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)力的傳遞。

1.脹套外圈 2.螺栓 3.脹套內(nèi)圈 4.減速箱空心軸 5.斗輪實(shí)心軸圖1 收縮盤裝配示意圖

堆取料機(jī)在取料作業(yè)時(shí)出現(xiàn)斗輪停轉(zhuǎn)但電機(jī)還在運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)重載檢查，發(fā)現(xiàn)斗輪收縮盤的減速箱空心軸與斗輪實(shí)心軸之間存在相對(duì)滑動(dòng)，并且脹套內(nèi)圈與脹套外圈之間存在錯(cuò)位。

2 原因分析

根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)故障現(xiàn)象綜合評(píng)定，初步判斷為因收縮盤螺栓松動(dòng)導(dǎo)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(shí)心軸之間的摩擦力減小，所能傳遞的最大扭矩減小。當(dāng)斗輪正常作業(yè)時(shí)所需的力矩大于減速箱空心軸所傳遞的力矩時(shí)，減速箱空心軸與斗輪實(shí)心軸之間將產(chǎn)生打滑。對(duì)螺栓重新預(yù)緊后，斗輪取料試運(yùn)行，打滑現(xiàn)象依然存在，從而進(jìn)一步判定斗輪實(shí)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(lián)接已失效。隨后對(duì)斗輪減速箱進(jìn)行了整體拆卸，發(fā)現(xiàn)減速箱空心軸的內(nèi)腔配合面磨損嚴(yán)重。

收縮盤螺栓規(guī)格為M30，等級(jí)為12.9級(jí)。查閱技術(shù)資料，預(yù)緊扭矩為1 950 Nm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察及安裝技術(shù)資料綜合分析，發(fā)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(guī)范進(jìn)行安裝，導(dǎo)致脹套的螺栓預(yù)緊力矩達(dá)到1 950 Nm而減速箱空心軸對(duì)斗輪實(shí)心軸的正壓力未達(dá)到設(shè)計(jì)需求。隨后在長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)過程中，斗輪機(jī)構(gòu)偶爾會(huì)出現(xiàn)突發(fā)過載的情況，從而使得減速箱與斗輪的聯(lián)接逐步失效。

3 維修方案

3.1 維修方案對(duì)比

現(xiàn)場(chǎng)將減速箱從斗輪軸上拆卸后進(jìn)行尺寸測(cè)量，發(fā)現(xiàn)減速箱空心軸內(nèi)腔表面磨損深度已達(dá)3 mm，且有偏心鏜孔現(xiàn)象，斗輪實(shí)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(fù)方案：一次性更換斗輪實(shí)心軸與減速箱空心軸，其中減速箱空心軸為進(jìn)口件，無(wú)備件需要定制，更換時(shí)需返回原廠維修基地，對(duì)減速箱空心軸和行星架整體更換。

應(yīng)急處理方案：將斗輪減速箱整體運(yùn)入加工廠進(jìn)行修復(fù)性修理，主要是將斗輪減速箱空心軸內(nèi)腔鏜孔后再鑲嵌銅套，使其滿足與斗輪實(shí)心軸之間的裝配公差，達(dá)到安裝要求。斗輪實(shí)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(yōu)缺點(diǎn)比較見表1?？紤]到修復(fù)周期、待機(jī)時(shí)長(zhǎng)及修理成本等，確定應(yīng)急處理方案為最終的修復(fù)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(shí)施過程

3.2.1 拆卸減速箱

將堆取料機(jī)行進(jìn)到指定維修位置，懸臂固定于臂架錨定平臺(tái)，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(jī)械加工廠。

3.2.2 尺寸測(cè)量及鏜孔加工

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

此時(shí)銅套需最小厚度為3 mm，但加工時(shí)裝夾不便，無(wú)法保證加工精度，且對(duì)于?400 mm的錫青銅合金套而言，厚度過薄會(huì)導(dǎo)致其加工件產(chǎn)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(nèi)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(nèi)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(fù)測(cè)內(nèi)腔孔徑尺寸。

3.2.3 制作銅套

使用錫青銅合金制作2個(gè)銅套,并滿足斗輪實(shí)心軸與減速箱空心軸的裝配尺寸。銅套的內(nèi)徑基本尺寸以修復(fù)后的斗輪實(shí)心軸外徑實(shí)際尺寸為準(zhǔn)。并保證銅套與斗輪實(shí)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(nèi)徑實(shí)際尺寸為準(zhǔn)。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(dòng)但又不至于過大導(dǎo)致銅套安裝時(shí)碎裂)。

3.2.4 銅套裝配

安裝時(shí)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(jìn)入，防止產(chǎn)生偏移。先安裝減速箱空心軸內(nèi)腔內(nèi)孔的銅套，完成后復(fù)測(cè)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(tái)階界線一致，隨后安裝減速箱空心軸內(nèi)腔外孔的銅套。

兩銅套安裝完成后，需對(duì)內(nèi)腔外孔銅套進(jìn)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(gè)螺紋孔，擰入沉頭緊定螺釘，防止銅套與空心軸之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。

3.2.5 收縮盤組裝

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

圖2 收縮盤組裝完成

3.2.6 整體安裝

利用預(yù)先做好的2個(gè)工藝鋼套(此2個(gè)鋼套的內(nèi)徑基本尺寸為實(shí)測(cè)斗輪實(shí)心軸外徑尺寸，并保證其與斗輪實(shí)心軸的間隙量為0.05 mm)與斗輪實(shí)心軸進(jìn)行預(yù)拼裝，若工藝鋼套無(wú)法套入斗輪實(shí)心軸，則打磨斗輪實(shí)心軸的干涉處，直至可以完全套入。卸下工藝鋼套，進(jìn)行減速箱的整體拼裝，扭力臂安裝，按照安裝規(guī)范進(jìn)行收縮盤的螺栓預(yù)緊。

螺栓預(yù)緊采用扭矩-轉(zhuǎn)角控制法，先把螺栓空手帶緊，然后螺栓按順時(shí)針順序逐圈預(yù)緊，每個(gè)螺栓擰轉(zhuǎn)角度1/4圈。整個(gè)預(yù)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(gè)螺栓的預(yù)緊扭矩達(dá)到同一節(jié)點(diǎn)后，再開始下一階段的預(yù)緊，以降低累計(jì)誤差對(duì)最后預(yù)緊扭矩的影響。

安裝完成后恢復(fù)油管、梯子護(hù)欄等附屬部件，拆除所有工裝等臨時(shí)設(shè)施，補(bǔ)漆，清理現(xiàn)場(chǎng)。

3.2.7 試車

先開始小流量試運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)過一段時(shí)間的試運(yùn)轉(zhuǎn)觀察修復(fù)可靠，可滿足功能性需求。但是為了防止二次損傷，先將此臺(tái)堆取料機(jī)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(xù)根據(jù)跟蹤的運(yùn)行情況，適當(dāng)增大取料的限制流量。

4 結(jié)語(yǔ)

截至2020年4月，該堆取料機(jī)已運(yùn)行3個(gè)月，累計(jì)取料超過180萬(wàn)t，與其他堆取料機(jī)作業(yè)產(chǎn)量基本近似，完全滿足生產(chǎn)需要，復(fù)查未再發(fā)現(xiàn)斗輪實(shí)心軸與減速箱空心軸相對(duì)滑動(dòng)的情況。

與采購(gòu)原廠備件的6個(gè)月的采購(gòu)周期相比，通過對(duì)斗輪減速箱低速端的應(yīng)急修復(fù)性修理，僅用時(shí)5天，就完成了斗輪機(jī)減速箱空心軸的修復(fù)安裝，極大地縮短了等備件的待機(jī)時(shí)間，提高了修復(fù)效率，并且基本保證了堆取料機(jī)的正常生產(chǎn)作業(yè)，對(duì)港口堆取料機(jī)的斗輪減速箱空心軸應(yīng)急維修具有借鑒意義。