機場行李皮帶式轉(zhuǎn)彎機關鍵部件改造設計

陳衛(wèi)鋒（上海國際機場股份有限公司機電信息保障部,上海 201100）

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機場行李皮帶式轉(zhuǎn)彎機關鍵部件改造設計

陳衛(wèi)鋒
（上海國際機場股份有限公司機電信息保障部,上海 201100）

摘 要：本文針對虹橋機場皮帶式轉(zhuǎn)彎機多發(fā)的輥筒軸磨損故障進行深入的研究，尋找出故障原因，制定了有效的改進方案。

關鍵詞：虹橋國際機場；皮帶式轉(zhuǎn)彎機；輥筒軸；磨損故障

虹橋行李系統(tǒng)作為機場運行重要系統(tǒng)之一，擔負著為旅客提供行李交運及提取的服務［1-2］。皮帶式輸送機作為系統(tǒng)基礎組成單元，其故障率的高低直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而轉(zhuǎn)彎機的故障量最高，達50%以上，其中以輥筒軸磨損故障數(shù)量尤為突出。因此，如何改造設備進一步提高轉(zhuǎn)彎機的可靠性，一直是機場設備管理部門當下急需解決的問題［3-4］。

1 皮帶式轉(zhuǎn)彎機工作原理及磨損現(xiàn)象

轉(zhuǎn)彎機主要由驅(qū)動單元、支撐單元和保持單元組成。其采用電機驅(qū)動端部錐形輥筒軸的形式帶動皮帶。當設備在高速運轉(zhuǎn)過程中，輥筒軸時刻受到不同重量行李的載荷沖擊，而設備的運轉(zhuǎn)依靠其零件副相對運動來實現(xiàn)，會伴隨著產(chǎn)生摩擦和磨損等現(xiàn)象。經(jīng)觀察，故障轉(zhuǎn)彎機不僅軸承磨損嚴重，連輥筒軸也出現(xiàn)了嚴重的磨損情況。

2 轉(zhuǎn)彎機輥筒軸的受力分析

轉(zhuǎn)彎機輥筒軸錐體的外形使其承受的不單單受到徑向力，還有軸向力。同時，由于貨物水平輸送的要求，轉(zhuǎn)彎機上面的皮帶要保持水平，轉(zhuǎn)彎輸送機上的輥筒的中心軸線呈非水平狀態(tài)，這使輥筒軸的內(nèi)圓弧端更容易繞著外圓弧端發(fā)生偏轉(zhuǎn)。此外，由于系統(tǒng)設計的行李防撞功能，極大增加了設備負載時的緊急制動，加劇了對輥筒軸端部的載荷沖擊。

根據(jù)轉(zhuǎn)彎機輥筒軸的工作狀況，采用有限元法對該關鍵部件進行受力分析，為便于分析計算，本文使用Solidworks軟件，根據(jù)轉(zhuǎn)彎輸送機輥筒軸的實際尺寸建立三維模型，并進行了3D網(wǎng)格劃分。隨后要對零件材料屬性、邊界約束條件及施加載荷進行定義。根據(jù)輥筒軸的材料屬性，經(jīng)查相關資料得到其材料屬性參數(shù)，如下表1所示。零件邊界條件：由于輥筒軸在轉(zhuǎn)動過程中，是通過兩端軸承固定支撐，因此約束條件應施加在輥筒軸的兩端并留有一個繞軸線旋轉(zhuǎn)的自由度。

表1 輥筒軸材料屬性

最后定義施加載荷，經(jīng)查詢機械設計手冊可知［4］，皮帶與輥筒軸的摩擦系數(shù)kc=0.68左右，驅(qū)動電機的額定功率為P=1.1KW，轉(zhuǎn)彎輸送機的皮帶運行速度為vs=1m/s，根據(jù)下式（1）和式（2）可計算出輥筒軸的所受法向力Fn（沿輥筒軸表面切線方向）和切向力Ft（垂直于輥筒軸表面方向）：

通過上式（1）和（2）得，在電機額定功率工作下的輥筒所受大小Fn=1617.6N,Ft=1100N。

在求解器中設置好相關參數(shù)進行有限元仿真計算，求得該轉(zhuǎn)彎輥筒軸的變形分布圖和應力分布圖，如下圖1所示。

由于輥筒軸兩端有軸承座支撐方式，其輥筒軸的中部變形量最大，而通過上圖可知，輥筒軸的應力最大區(qū)域主要集中在在軸的兩端，靠近軸承支撐位置，這說明，對于輥筒軸結(jié)構(gòu)其兩端支撐位置受到較大的應力變化且受到變形轉(zhuǎn)動的周期性擾動，軸承兩端支撐方式對輥筒軸的磨損及卡死有著重要關系，因此，需要根據(jù)輥筒軸的結(jié)構(gòu)及受力方式選擇最佳的軸承支撐安裝方法。

3 改造設計

改造前的轉(zhuǎn)彎輸送機采用的是緊定螺釘形式軸承座，軸承座與輥筒軸的聯(lián)接是通過兩個調(diào)整螺釘緊頂著軸，使輥筒軸與軸承內(nèi)圈緊密的連接在一起。由分析結(jié)果可知，在輥筒軸靠近軸承座的兩端，受到輥筒周期性的擾動及局部應力的變化，特別是依靠兩個調(diào)整螺釘提供輥筒軸的切向力所產(chǎn)生扭矩，調(diào)整螺釘在使用過程中容易產(chǎn)生松動、發(fā)生相對運動、產(chǎn)生摩擦、行程磨損，對輥筒軸和軸承都產(chǎn)生較大的損壞。

針對輥筒軸在工作過程中產(chǎn)生的擾動、沖擊及應力變化，應對原有螺栓緊固方式進行改造設計來避免軸承內(nèi)圈與輥筒軸之間的相對運動發(fā)生。根據(jù)分析結(jié)果，本文選用脹緊聯(lián)接套的方式進行改造設計，選用了帶鎖緊套的脹緊軸承，其工作原理是通過高強度拉力螺栓的作用，在內(nèi)環(huán)與軸之間、外環(huán)與輪轂之間產(chǎn)生巨大的抱緊力，以實現(xiàn)機件與軸的無鍵聯(lián)接。其特點是安裝調(diào)整方便、聯(lián)接穩(wěn)定可靠，特別是在超載時，可以保證輥筒軸設備不受損壞，由于具有很好的自鎖性，非常適合重載傳動或有沖擊振動的使用場所。通過上述改造方案實施有效解決了機場轉(zhuǎn)彎機的輥筒軸磨損問題，保證了機場設備正常有效運轉(zhuǎn)。

4 總結(jié)

本文針對機場行李系統(tǒng)中轉(zhuǎn)彎機頻發(fā)故障，對該設備關鍵部件進行受力分析及改造設計方案。分析研究了其關鍵部件輥筒軸在工作過程中載荷情況，進行受力分析后發(fā)現(xiàn)了引起輥筒軸磨損的主要原因。根據(jù)分析結(jié)果對其改造成適合重載傳動或有沖擊振動的鎖緊套脹緊聯(lián)接方式，取得了很好的應用效果，提高了機場設備運行的可靠性。

參考文獻：

［1］陳文華.民用機場運營與管理［M］.北京：人民交通出版社,1999．

［2］高金華,王維.機場工程［M］.天津：天津科學技術出版社,2000.

［3］陸迅.機場旅客與行李流程規(guī)劃和仿真研究［D］.南京航空航天大學,2010．

［4］聞邦椿.機械設計手冊［K］.北京：機械工業(yè)出版社,2010.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.250

作者簡介：陳衛(wèi)鋒，工學學士，助理工程師，主要從事機場行李輸送設備運行保障工作。