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混勻堆料機(jī)尾車調(diào)偏研究

2024-03-15 09:54岳利濤李祥增王志剛
設(shè)備管理與維修 2024年3期
關(guān)鍵詞:尾車堆料法蘭盤

岳利濤,李祥增,宮 磊,陳 昊,王志剛,唐 斌

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司,河北唐山 063200)

0 引言

混勻堆料機(jī)是在混勻料場中實(shí)現(xiàn)堆料功能的大型設(shè)備,主要功能是通過地面皮帶輸送機(jī)將混勻礦料經(jīng)尾車運(yùn)送至堆料機(jī)的懸臂皮帶,再由懸臂皮帶機(jī)將混勻礦料堆到料場。尾車通常被稱作進(jìn)料車或者卸料車,跨在主輸送帶上,與主機(jī)配合實(shí)現(xiàn)分流堆料的功能。尾車起著由地面皮帶向堆料機(jī)懸臂皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)物料的承接作用,在物料的運(yùn)輸中至關(guān)重要。

1 背景簡介

混勻堆料機(jī)尾車為固定式單尾車,每側(cè)各由3 組車輪支撐,通過主機(jī)牽引在走行軌道上行走。尾車的上部為尾車的主梁,尾車本身無任何驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),依靠主機(jī)牽引在軌道上行走。尾車上的皮帶是地面皮帶機(jī)的皮帶,當(dāng)物料從地面上升到尾車皮帶后,通過尾車頭部的溜槽運(yùn)送至主機(jī)的懸臂皮帶,而尾車上的皮帶經(jīng)過3個(gè)改向滾筒后返回到地面。

混勻堆料機(jī)在行走過程中同時(shí)承擔(dān)堆卸物料工作。在長期堆卸作業(yè)中,發(fā)現(xiàn)尾車的往返運(yùn)動(dòng)過程中走行輪運(yùn)動(dòng)狀態(tài)存在問題:去程時(shí)走行輪內(nèi)輪緣右側(cè)與軌道啃軌,且僅右側(cè)輪緣磨損;返程時(shí)走行輪內(nèi)輪緣左側(cè)與軌道啃軌,且僅有左側(cè)輪緣磨損(圖1)。這就造成在生產(chǎn)過程中需要頻繁更換尾車走行輪,不僅降低生產(chǎn)效率,同時(shí)造成人員和備件的浪費(fèi)。研究觀察尾車運(yùn)行情況,分析造成尾車跑偏的原因,根據(jù)可能原因制定解決措施及方案,并進(jìn)行可行性及安全性計(jì)算。綜合考慮各種因素后,對尾車跑偏問題進(jìn)行改進(jìn),降低混勻堆料機(jī)走行輪更換頻率,減少設(shè)備運(yùn)行故障,提高生產(chǎn)效率。

圖1 走行輪不均勻磨損

2 跑偏原因分析

2.1 走行機(jī)構(gòu)安裝誤差的影響

設(shè)備進(jìn)行安裝時(shí),走行機(jī)構(gòu)中走行輪安裝精度要求走行輪輪輞寬度略寬于軌道20~40 mm,因此在該精度范圍內(nèi)安裝走行輪時(shí),理論上不存在走行輪啃軌現(xiàn)象。但尾車與主機(jī)間采用連接桿剛性聯(lián)接,在長時(shí)間、大料量的堆料過程中,可能由于主機(jī)兩側(cè)走行輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率不穩(wěn)定或兩側(cè)主動(dòng)輪的不均勻磨損,造成對尾車的牽引力不平衡。同時(shí),可能由于尾車上皮帶運(yùn)料過程中承重受力不均等原因,使尾車連接結(jié)構(gòu)發(fā)生變形,造成尾車與主機(jī)間產(chǎn)生一定的偏斜。當(dāng)主機(jī)主動(dòng)走行輪的兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)特性存在差異,或主動(dòng)輪磨損造成走行輪直徑變化時(shí),也會(huì)引起尾車的偏斜。

2.2 連接機(jī)構(gòu)安裝誤差的影響

混勻堆料機(jī)尾車為固定式單尾車,尾車依靠下側(cè)安裝3 組走行輪在軌道上走行。尾車上未安裝電機(jī)、控制器及電源等驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),其運(yùn)動(dòng)僅依靠主機(jī)與尾車之間的牽引桿,由主機(jī)拖動(dòng)尾車在軌道上行走。因此,由于連接桿安裝過程中的測量誤差以及制造誤差等,會(huì)導(dǎo)致連接桿在安裝過程中左右兩側(cè)長度不一致,造成尾車斜向安裝。

2.3 皮帶工作載荷的影響

混勻堆料機(jī)尾車皮帶是地面皮帶機(jī)的皮帶。當(dāng)物料從地面上升到地面皮帶的尾車上的部分后,尾車在自重以及皮帶物料工作載荷的作用下,可能使左右兩側(cè)走行輪受力不同。例如,當(dāng)物料由溜槽向皮帶輸送時(shí),皮帶由輸送架上的兩個(gè)皮帶托輥對稱支撐。當(dāng)下料點(diǎn)偏離皮帶中心,導(dǎo)致皮帶受到的沖擊載荷不能由兩個(gè)皮帶托輥相互抵消而偏向一側(cè)時(shí),就會(huì)導(dǎo)致皮帶在輸送過程中慢慢向受力一側(cè)跑偏。同時(shí),在物料輸送過程中導(dǎo)致物料在皮帶一側(cè)堆積,從而加重皮帶跑偏。地面皮帶上升到尾車部分時(shí),車輪及整體受力不平衡,導(dǎo)致單側(cè)受力較大,造成部分結(jié)構(gòu)受力變形,走行輪向一側(cè)傾斜而產(chǎn)生較大的磨損。

2.4 走行輪移動(dòng)狀態(tài)的影響

當(dāng)輪緣長時(shí)間靠在軌道上,走行輪輪緣產(chǎn)生磨損及變形后,其與軌道間的相對運(yùn)動(dòng)逐漸變成相對滑動(dòng),而并非滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。相對滑動(dòng)速度過大、相對滑動(dòng)距離過長,都會(huì)加劇走行輪的不均勻磨損,導(dǎo)致尾車兩側(cè)走行輪的不對稱運(yùn)動(dòng)。長期如此運(yùn)行,會(huì)造成尾車整體的嚴(yán)重跑偏。

3 改造方案設(shè)計(jì)

目前,該混勻堆料機(jī)尾車所存在的主要問題是在混勻堆料機(jī)運(yùn)行過程中,當(dāng)主機(jī)邊進(jìn)行堆料邊牽引尾車行走時(shí)造成尾車跑偏,造成尾車走行輪產(chǎn)生不均勻磨損,降低走行輪的使用壽命。為提高設(shè)備的使用效率,對混勻堆料機(jī)尾車進(jìn)行調(diào)偏改造,對主機(jī)與尾車之間的牽引連接桿進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì):

(1)將整體式連接桿改進(jìn)為活動(dòng)連接,兩段連接桿中間通過增加墊片或法蘭盤等零部件,達(dá)到調(diào)節(jié)兩側(cè)連接桿長度不一致的目的,從而起到調(diào)節(jié)尾車跑偏的作用。

(2)將兩段連接桿改為活動(dòng)連接,在連接處的兩法蘭盤之間留有一定的縫隙,起到主機(jī)與尾車間的擺角微調(diào)作用,以避免造成結(jié)構(gòu)的永久變形(圖2)。

圖2 連接桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

基于上述設(shè)計(jì),對牽引連接桿做出如下改進(jìn):①將原本整體的連接桿改成活動(dòng)連結(jié)的分段桿;②連接桿分段處采用法蘭連接,中間夾墊片進(jìn)行長度調(diào)節(jié),使用8 個(gè)9.8 級M24 螺栓進(jìn)行緊固;③法蘭盤處增加斷裂保護(hù),起加固保護(hù)作用。

4 調(diào)偏方案與安全校核

4.1 方案安全性計(jì)算分析

在對混勻堆料機(jī)尾車跑偏的原因分析中,發(fā)現(xiàn)主機(jī)與尾車之間左右牽引連接桿長度不一致,左側(cè)牽引桿長度為4850 mm,右側(cè)牽引桿長度為4860 mm。導(dǎo)致該問題的可能原因是:①在混勻堆料機(jī)安裝時(shí),尾車與主機(jī)的連接過程中施工不當(dāng),造成尾車偏擺;②在長期的負(fù)荷運(yùn)行中,由于尾車皮帶機(jī)的不均勻受力,使尾車與主機(jī)間連接結(jié)構(gòu)發(fā)生變形,造成尾車跑偏。因此,在一側(cè)連接桿處采用法蘭結(jié)構(gòu)活動(dòng)連接主機(jī)與尾車,以便靈活調(diào)節(jié)尾車偏擺角度。

本文改造施工涉及混勻堆料機(jī)主機(jī)和尾車之間牽引連接桿結(jié)構(gòu)的改變,若工藝及施工設(shè)計(jì)不當(dāng),會(huì)導(dǎo)致改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)無法承受主機(jī)帶給尾車的拉力,造成物料在由尾車皮帶向懸臂皮帶輸送過程中牽引連接桿斷裂,引起混勻堆料機(jī)尾車傾覆等事故。因此,需要對改造方案進(jìn)行校核計(jì)算,以避免發(fā)生生產(chǎn)安全事故。

將牽引連接桿改進(jìn)為活動(dòng)連接結(jié)構(gòu)后,需要通過法蘭盤使用螺栓進(jìn)行緊固。由于結(jié)構(gòu)的改動(dòng)可能造成連接桿拉力及應(yīng)力的改變,為了保證結(jié)構(gòu)安全,在制定施工方案前需要進(jìn)行可行性與安全性校核工作。

混勻堆料機(jī)主機(jī)與尾車間連接桿材料為16Mn 鋼,材料拉伸強(qiáng)度為470~660 MPa。法蘭盤連接螺栓使用機(jī)械等級為9.8 級的M24 螺栓,其材料拉伸強(qiáng)度為900 MPa。理論上,由于改進(jìn)前后兩者所承受的拉力相同,因此根據(jù)原連接桿尺寸以及螺栓材料性能進(jìn)行主機(jī)、螺栓數(shù)量以及安全性分析計(jì)算(表1)。

表1 構(gòu)件結(jié)構(gòu)尺寸 mm

牽引連接桿內(nèi)部中空,其管壁厚度10 mm,得到連接桿面積:

按照螺栓的有效面積進(jìn)行計(jì)算:M24 螺栓公稱直徑d,螺距P,螺栓有效直徑,其有效面積為:

通過螺栓拉力以及原連接桿拉力進(jìn)行緊固螺栓數(shù)量計(jì)算:

可近似求出法蘭盤緊固螺栓數(shù)量為8 個(gè),即可替代原連接桿結(jié)構(gòu)并保證改進(jìn)后結(jié)構(gòu)的安全性。

4.2 調(diào)偏方案設(shè)計(jì)

在混勻堆料機(jī)尾車進(jìn)行調(diào)偏時(shí),首先要保證尾車相對于主機(jī)的位置要求。通過主機(jī)的走行驅(qū)動(dòng)裝置反復(fù)牽引尾車,使車輪軌道處于尾車走行輪踏面的中間位置。尾車走行輪處于合適位置后,為了保證尾車與主機(jī)在施工過程中不改變相對位置,必須使用機(jī)械止擋裝置將兩者相對位置進(jìn)行固定,以保證調(diào)偏方案實(shí)施的準(zhǔn)確性。

基于上述安全校核計(jì)算,提出以下調(diào)偏方案:

(1)在連接桿外表面進(jìn)行標(biāo)記,以便于連接桿斷開后再連接時(shí)左、右兩端的找正及定位。

(2)左側(cè)連接桿長度較右側(cè)短10 mm,因此選擇左側(cè)連接桿中間部位添加法蘭盤及墊片。

(3)斷開左側(cè)連接桿后,主機(jī)略微調(diào)整與尾車間位置,使左、右兩桿長度達(dá)到一致。

(4)法蘭盤厚度為30 mm,為了保證法蘭盤與連接桿間的焊接安全,于連接桿斷開處切除40 mm,將法蘭盤安裝至連接桿時(shí)使斷開處端部處于法蘭盤中間,將法蘭盤與連接桿內(nèi)外兩側(cè)接觸部位同時(shí)進(jìn)行焊接。

(5)兩個(gè)法蘭盤之間使用20 mm 厚的墊片進(jìn)行調(diào)節(jié),使左側(cè)連接桿整體長度在調(diào)整后與右側(cè)連接桿長度一致。

(6)尾車與主機(jī)連接桿進(jìn)行調(diào)整后,在空載及工作載荷下觀察尾車走行輪情況。若發(fā)現(xiàn)尾車存在跑偏問題,可以通過增加或減少法蘭盤處墊片厚度的方式進(jìn)行靈活調(diào)整。

4.3 施工方案設(shè)計(jì)

為確保施工安全,施工人員需提前辦理設(shè)備檢修牌與操作許可證,并和設(shè)備操作崗位聯(lián)系確認(rèn),保證施工的安全規(guī)范。

基于安全校核計(jì)算和施工操作規(guī)范,提出以下施工方案:

(1)將混勻堆料機(jī)走行至料場最邊側(cè),將其懸臂回轉(zhuǎn)、俯仰角度調(diào)至零位。

(2)當(dāng)混勻堆料機(jī)到達(dá)指定位置后,設(shè)置錨定器,在尾車第一組走行輪一側(cè)安裝機(jī)械止擋裝置。

(3)在尾車兩側(cè)各使用兩臺(tái)5 t 手拉葫蘆固定尾車,一側(cè)手拉葫蘆固定在混勻堆料機(jī)主結(jié)構(gòu)上,另一側(cè)手拉葫蘆固定在止擋樁上。

(4)首先拆除沿連接桿鋪設(shè)的潤滑油管,拆除油管后對兩連接桿中較短的一側(cè)連接桿進(jìn)行切割、結(jié)構(gòu)改造。

(5)在連接桿切割處兩端分別安裝法蘭盤,調(diào)整法蘭盤位置后進(jìn)行焊接,要求在法蘭盤與連接桿內(nèi)外兩側(cè)連接處均進(jìn)行焊接,同時(shí)保證內(nèi)、外兩道焊縫焊肉厚度不小于連接桿厚度(圖3)。

圖3 連接桿焊接示意

(6)在法蘭盤之間安裝墊片調(diào)節(jié)連接桿間距,調(diào)整后通過手拉葫蘆牽引尾車,并使用M24 螺栓進(jìn)行連接、緊固兩側(cè)法蘭盤。緊固后,恢復(fù)連接桿處潤滑油管,并在法蘭盤連接處安裝斷裂保護(hù)器。

(7)對混勻堆料機(jī)進(jìn)行送電試車,試運(yùn)行檢驗(yàn)法蘭連接桿強(qiáng)度。

5 改造效果

對主機(jī)與尾車間的牽引連接桿進(jìn)行微調(diào)改造后,通過觀察尾車空載及滿載往返運(yùn)行過程中尾車走行輪的運(yùn)動(dòng)情況,對改造效果進(jìn)行分析。

當(dāng)主機(jī)空載牽引尾車在軌道上行走時(shí),去程和返程過程中走行輪輪緣與軌道間隙較大,輪緣與軌道摩擦現(xiàn)象較少,偶爾兩者接觸產(chǎn)生摩擦。當(dāng)主機(jī)在滿負(fù)荷運(yùn)行狀況下牽引尾車在軌道上行走時(shí),去程和返程過程中存在走行輪輪緣與軌道接觸狀態(tài),但在運(yùn)行過程中屬于動(dòng)態(tài)的接觸過程,走行輪輪緣與軌道并非長期接觸摩擦,在運(yùn)動(dòng)過程中兩側(cè)輪緣均與軌道接觸。因此,改造從運(yùn)行效果上能夠達(dá)到了預(yù)期效果。

6 結(jié)束語

混勻堆料機(jī)是料場中的常用設(shè)備,本文針對混勻堆料機(jī)尾車跑偏問題對牽引連接桿進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),將原有的剛性連接桿改造成可調(diào)節(jié)的活動(dòng)連接桿。利用活動(dòng)連接結(jié)構(gòu)的微調(diào),能調(diào)節(jié)尾車的跑偏量,減少尾車走行輪的磨損。在改造方案實(shí)施前,對其可行性和安全性校核,最終確定了穩(wěn)定、安全的施工方案,并根據(jù)施工方案順利、安全地完成了改造,為其他類似設(shè)備的改造提供參考。

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