鑄造起重機(jī)端梁鉸接軸聯(lián)接固定結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

李紅熙

（新疆德勤互力工業(yè)技術(shù)有限公司工業(yè)運(yùn)營(yíng)中心）

1 問(wèn)題的提出

八鋼公司第二煉鋼廠120t 轉(zhuǎn)爐精煉跨3 臺(tái)220/63t 冶金鑄造起重機(jī)主要承擔(dān)煉鋼廠精煉區(qū)域轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的合格鋼水的接收吊運(yùn)功能，3 臺(tái)起重機(jī)同規(guī)格、同型號(hào)，起重機(jī)跨度27m，工作級(jí)別A7。該結(jié)構(gòu)形式大噸位冶金鑄造起重機(jī)為鑄造起重機(jī)典型四梁四軌雙小車(chē)機(jī)型，設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜。為保證同一側(cè)12 組車(chē)輪組輪壓均衡，主、副端梁設(shè)計(jì)有鉸接連接結(jié)構(gòu)，在使用過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)連接固定失效、鉸接軸及襯套非正常磨損的情況。主、副端梁鉸接點(diǎn)連接失效，連接銷(xiāo)軸退出將會(huì)造成起重機(jī)主梁與副梁分離的嚴(yán)重設(shè)備事故，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生多起連接固定失效銷(xiāo)軸退出的事故隱患，點(diǎn)檢員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處置避免了嚴(yán)重設(shè)備事故的發(fā)生，處理事故隱患中的銷(xiāo)軸及鉸接軸襯套更換需時(shí)較長(zhǎng)，維護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度較大。因此對(duì)原設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，以解決鉸接軸連接失效的事故隱患。

2 現(xiàn)狀調(diào)查及分析

3 臺(tái)起重機(jī)在使用過(guò)程發(fā)生過(guò)軸端一側(cè)固定擋板脫落、固定失效造成銷(xiāo)軸退出、鉸接軸及襯套非正常磨損、襯套脫落等設(shè)備事故隱患，給設(shè)備的安全運(yùn)行造成極大的影響，通過(guò)查閱該起重機(jī)原設(shè)計(jì)資料，對(duì)原端梁鉸接設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

圖1 原設(shè)計(jì)端梁鉸接圖

如圖1所示，該鉸接點(diǎn)設(shè)計(jì)原為兩端固定結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)Φ200mm 銷(xiāo)軸連接主、副端梁，副梁上嵌入安裝圖示件2 的襯套（內(nèi)孔為橢圓形），襯套與副端梁軸孔用騎縫螺絲固定；主梁軸孔配合安裝圖示件4、11 的固定套，使之與連接銷(xiāo)軸配合；軸端固定一側(cè)采用卡板（圖示件8）固定（如圖1 A 向視圖所示），一端采用擋板（圖示件9）固定，使用3個(gè)M20×50mm 與軸端壓緊連接固定。

通過(guò)查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》手冊(cè)關(guān)于公差配合的基本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，該鉸接軸連接固定結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)有2 種公差配合形式，分別是銷(xiāo)軸與固定孔的間隙配合；襯套與副端梁孔、軸套與主梁孔的過(guò)渡配合。

在實(shí)際使用過(guò)程中存在以下問(wèn)題：（1）其中襯套與副端梁孔采用過(guò)渡配合裝配，采用4-M6 騎縫螺栓固定，軸套裝配固定如圖2所示。內(nèi)孔為橢圓形孔，橢圓孔長(zhǎng)軸垂直安裝，這種結(jié)構(gòu)方式主要是為了消除軌道基礎(chǔ)不平對(duì)個(gè)別車(chē)輪組輪壓不均的現(xiàn)象而設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場(chǎng)使用這種固定方式現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用很不理想，經(jīng)常發(fā)生襯套脫落及襯套擠壓變形后無(wú)法拆卸的情況。

（2）通過(guò)拆解的部件檢查發(fā)現(xiàn)，鉸接軸及襯套兩側(cè)接觸點(diǎn)發(fā)生嚴(yán)重磨損，原設(shè)計(jì)襯套無(wú)潤(rùn)滑油路設(shè)計(jì)，使用過(guò)程中不能夠?qū)σr套與鉸接軸的接觸點(diǎn)進(jìn)行潤(rùn)滑，接觸摩擦部位長(zhǎng)期處于干摩擦狀態(tài)導(dǎo)致了快速的磨損，隨著磨損量不斷加大，造成鉸接軸配合部位間隙變大，小車(chē)軌距處于不穩(wěn)定狀態(tài)導(dǎo)致主小車(chē)車(chē)輪組啃軌后輪緣快速磨損。

（3）因主梁焊接制造誤差，鉸接軸一側(cè)軸端使用3個(gè)M20×50mm 壓緊擋板使一端固定，由于主、副端梁連接通過(guò)調(diào)整環(huán)調(diào)整并存在一些的安裝間隙，在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的橫向位移，造成螺栓斷裂后擋板的脫落，導(dǎo)致一側(cè)擋板固定失效。

圖2 軸套裝配固定圖

（4）鉸接銷(xiāo)軸另一側(cè)采用水平對(duì)稱(chēng)卡板方式固定，因銷(xiāo)軸在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程拉壓應(yīng)力的作用下會(huì)產(chǎn)滾動(dòng)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生固定螺栓被卡板切斷的現(xiàn)象。當(dāng)卡板發(fā)生固定失效，銷(xiāo)軸會(huì)沿軸向水平竄出，如果點(diǎn)檢不到位會(huì)造成嚴(yán)重的主梁與副梁連接點(diǎn)脫開(kāi)的嚴(yán)重設(shè)備事故。

3 改進(jìn)設(shè)計(jì)措施實(shí)施

分析認(rèn)為原鉸接設(shè)計(jì)方式限制了鉸接點(diǎn)連接方式的徹底技術(shù)改造，為此決定對(duì)銷(xiāo)軸的兩端軸端結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部改造，消除軸端固定失效的事故隱患，同時(shí)通過(guò)增加襯套的潤(rùn)滑方式，以延長(zhǎng)襯套及鉸接銷(xiāo)軸的在線(xiàn)使用壽命。

3.1 改進(jìn)設(shè)計(jì)中需重點(diǎn)考慮解決的問(wèn)題

（1）將原騎縫螺栓固定襯套方式改為兩側(cè)擋塊固定方式，以解決襯套使用過(guò)程中脫落及無(wú)法拆卸更換的問(wèn)題。

（2）為了減少襯套對(duì)銷(xiāo)軸的接觸摩擦，將原設(shè)計(jì)中的鋼制襯套改為自潤(rùn)滑軸套設(shè)計(jì)。

（3）為消除鉸接銷(xiāo)軸在使用過(guò)程中的滾動(dòng)對(duì)水平卡板螺栓的剪切作用力，對(duì)卡板一側(cè)的卡槽改進(jìn)設(shè)計(jì)。在不增加現(xiàn)有銷(xiāo)軸備件費(fèi)用采購(gòu)的前提下對(duì)銷(xiāo)軸進(jìn)行局部改進(jìn)，改進(jìn)軸端擋板及銷(xiāo)軸卡槽結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種新的兩端固定連接方式，解決了軸端擋板一側(cè)壓緊固定方式螺栓連接強(qiáng)度較低的問(wèn)題。

3.2 具體改進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程

查閱相關(guān)技術(shù)資料，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)備備件進(jìn)行了測(cè)繪，綜合改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，繪制改造技術(shù)圖并制作了加工備件，現(xiàn)場(chǎng)安裝了制作的加工件，完成了鉸接銷(xiāo)軸固定方式的技術(shù)改造。

3.2.1 改進(jìn)襯套固定方式

因襯套與副主梁配合孔為過(guò)渡配合，為了解決騎縫螺栓固定襯套的不可靠性，現(xiàn)場(chǎng)改為兩側(cè)擋塊固定，襯套安裝到位后，沿圓周方向120°均布3處擋塊安裝，使用螺栓緊固擋塊，防止襯套軸向竄出。襯套檢修更換作業(yè)時(shí)，只需拆卸擋塊，即可輕松將襯套輕松取出。

3.2.2 軸套潤(rùn)滑方式改進(jìn)設(shè)計(jì)

由于原設(shè)計(jì)軸套為鋼制襯套，且與銷(xiāo)軸硬度相當(dāng)，并不具備自潤(rùn)滑功能，銷(xiāo)軸與襯套磨損程度相當(dāng)。改進(jìn)設(shè)計(jì)襯套優(yōu)先選用Q235 材質(zhì)，降低襯套硬度，并增加石墨碳棒潤(rùn)滑劑自潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)形式，使襯套相對(duì)銷(xiāo)軸成為易損件（見(jiàn)圖3），消除銷(xiāo)軸滾動(dòng)及接觸摩擦產(chǎn)生的銷(xiāo)軸磨損損傷，提高銷(xiāo)軸在線(xiàn)使用壽命。

3.2.3 改進(jìn)設(shè)計(jì)銷(xiāo)軸固定方式

圖3 改進(jìn)設(shè)計(jì)襯套為自潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)形式

圖4所示，原設(shè)計(jì)鉸接銷(xiāo)軸為一端在圓周方向平行且對(duì)稱(chēng)于軸線(xiàn)水平開(kāi)槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：銷(xiāo)軸裝配到位后，一端使用卡板與軸固定，防止銷(xiāo)軸退出及轉(zhuǎn)動(dòng)；另一端使用軸端擋板定位，用3-M20X50mm 高強(qiáng)度螺栓與銷(xiāo)軸端面壓緊連接固定防止銷(xiāo)軸退出。

圖4 鉸接銷(xiāo)軸原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)圖

圖5 鉸接銷(xiāo)軸改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)圖

圖5所示，改進(jìn)后的軸端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因受原銷(xiāo)軸長(zhǎng)度尺寸限制，對(duì)原銷(xiāo)軸軸端結(jié)構(gòu)形式改進(jìn)設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)繪圖加工制作了圖示件1 軸端延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，為了保證接長(zhǎng)軸與原銷(xiāo)軸的同心度，采用凸緣凹槽自扣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使用M30X50 8.8 級(jí)高強(qiáng)度螺栓與原銷(xiāo)軸連接，并將兩端的在圓周方向平行且對(duì)稱(chēng)于軸線(xiàn)水平開(kāi)槽的結(jié)構(gòu)改為環(huán)槽結(jié)構(gòu)，消除銷(xiāo)軸轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)卡板固定螺栓的剪切作用，并設(shè)計(jì)繪圖加工制作了圓環(huán)擋板連接結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖6）。

圖6 改進(jìn)原設(shè)計(jì)端板固定為圓環(huán)卡板固定加工制作圖

改進(jìn)設(shè)計(jì)后的端梁鉸接軸裝配圖如圖7所示。

圖7 改進(jìn)設(shè)計(jì)后端梁鉸接裝配圖

4 實(shí)施效果

通過(guò)對(duì)起重機(jī)端梁鉸接軸聯(lián)接固定結(jié)構(gòu)的局部改進(jìn)，在現(xiàn)場(chǎng)安裝并投入使用，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)踐驗(yàn)證：消除了固定卡板及端板固定螺栓斷裂后銷(xiāo)軸退出的隱患以及軸端擋板墜落的風(fēng)險(xiǎn)；將設(shè)計(jì)襯套改為自潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)形式，消除銷(xiāo)軸轉(zhuǎn)動(dòng)及接觸摩擦產(chǎn)生的銷(xiāo)軸及襯套磨損損傷，提高銷(xiāo)軸在線(xiàn)使用壽命3 倍以上，達(dá)到了預(yù)期的改進(jìn)設(shè)計(jì)效果。