QLKH1500-41型混匀取料机斗轮体径向轮及小车走行装置改造.pdf

2023 年第 2 期2023 年 6 月QLKH1500-41 型混匀取料机斗轮体径向轮及小车走行装置改造魏国亮李鸿昌杨勇（武昆股份炼铁厂原料作业区）摘要为适应高效稳定生产，针对原料作业区混匀料场 QLKH1500-41 型混匀取料机斗轮体径向轮及小车走行装置损坏较为频繁。通过前期理论计算，采用结构创新及轴承选型设计确定技改方向，并进行全面改造实施。结果表明：斗轮体及小车装置径向轮及走行小车走行轮改造后，使用寿命从平均2-4个月延长至现在的 24 个月，有效降低设备维护成本及备件材料消耗近 40 万元/年，为此类型设备的改造升级提供技术支撑和理论基础，为下一步设备升级和自我改造起到良好的示范性效果。关键词混匀取料机径向轮小车走行轮轴承1 前言武昆股份有限公司炼铁厂 QLKH1500-41 型混匀取料机于 2011 年 11 月 20 日建成投产。投入生产半年后，斗轮体支撑径向轮及走行小车装置频繁发生径向轮及小车走行轮损坏事故，严重影响到了烧结的生产组织。针对 QLKH1500-41 型混匀取料机在生产过程的事故多发位置，备件消耗较大部件，必须进行分阶段的可行性升级及改造，以解决 QLKH1500-41 型混匀取料机斗轮体所暴露出来的设备、安全问题，从而达到降低备件消耗，提高设备使用周期，为降本增效，实现良好的生产经济效益创造有利的设备基础。2 设备状况混匀取料机主要由 15 个装置组成，结构如图 1。图 1混匀取料机结构图1.走行机构；2.胶带机系统；3.电缆架装置；4.小车走行机构；5.斗轮体及小车走行机构；6.松料耙架机构；7.电气室；8.电气室；9.梯子、平台、栏杆；10.润滑装置；11.梯子、平台、栏杆；12.检测及限位装置；13.电缆桥架及滑架装置；14.变压器室；15.动力电缆卷筒装置组成。Q L K H 1 5 0 0-4 1 型 混 匀 取 料 机 斗 轮 体 径 向 轮 及 小 车 走 行 装 置 改 造2023 年第 2 期 59 3 支撑径向轮损坏原因分析径向轮的主要作用是承载整个斗轮体的正反运行、它损坏的主要原因是：轴承选型小；润滑不良；径向轮踏面的磨损不均匀（因调质原因及安装质量）。导致上部支撑用的 4 组径向轮在水平位置方向上，不能均匀承受斗轮体大约 77 吨的重力，使用在 2 个月左右就开始损坏，轴承磨损卡死，径向轮轴断裂等事故时有发生。斗轮体装置如图 2。1.走行机构；2.胶带机系统；3.电缆架装置；4.小车走行机构；5.斗轮体及小车走行机构；6.松料耙架机构；7.电气室；8.电气室；9.梯子、平台、栏杆；10.润滑装置；11.梯子、平台、栏杆；12.检测及限位装置；13.电缆桥架及滑架装置；14.变压器室；15.动力电缆卷筒装置组成。图 2斗轮体装置简图图 3径向轮结构简图1.斗轮体；2.料斗装置；3.漏斗装置；4.径向轮。为满足长周期生产稳定，必须对支撑径向轮组进行改进升级，首先在不改变径向轮外形的前提下，加大轴承的承载力，原用轴承型号 22222的调心滚子轴承，外径 200 mm，内径 110 mm。厚度 53 mm，Cor 为 465 kN，Cr 为 288 kN。径向轮结构简如图 3。4 径向轮改进措施现场使用的径向轮轴承 22222 的 Cr 为 288 kN，Cor 为 465 kN。斗 轮 装 置 的 重 量 为 77 847.6 kg，按 每个斗轮体上部 4 组支撑径向轮来计算得出：77 847.64=194.619 kN，径向轮转速 103 r/min，C基本额定动载荷计算值，N；P当量动载荷，按式（7-2-2）计算，N；fh寿命因素，按表 7-2-23 选取；fn速度因素，按表 7-2-24 选取；fm力矩载荷因素，力矩载荷较小时 fm=1.5，力矩载荷较大时 fm=2；fd冲击载荷因素，按表 7-2-25 选取；ft温度因素，按表 7-2-26 选取；Cr轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定动载荷，N；Ca轴承尺寸及性能表中所列轴向基本额定动载荷，N；S0安全因素，静止轴承和缓慢摆动或转速极低的轴承 S0见表 7-2-30；旋转轴承 S0见表7-2-31；C0基本额定静载荷计算值，N；P0当量静载荷，N，计算公式见表 7-2-29；Fr径向载荷根据式子（7-2-1）C=P昆 钢 科 技2023 年第 2 期 60 图 4斗轮小车走行轮改造对比示意图查表7-2-23 表7-2-26 得：fh=1.470，fn=0.709，fm=1.5，fd=1，fT=1C=194.619=605 kN(注：小数点省略）根据式（7-2-6）C0=S0P0查表 7-2-29 P0r=Fr=194.619 kN查表 7-2-31 S0=1.5C0=1.5 kN（注：小数点省略）查表 7-2-89，22222 型轴承 Cr=288 kN COr465 kN 不能满足要求。每个径向轮需要承受 Cr 为 292 kN，Cor 为605 kN 的基本额定载荷。1改进后我们采用能满足现场使用要求的22224C/W33 调心滚子轴承，Cr 为 470 kN，Cor为 678 kN（说明：调心滚子轴承主要承受径向压力，同时能承受少量的轴向压力，但一般不能承受纯轴向压力。该类轴承外圈滚道为圆环球面形式，有调心找正性能，当轴受力发生变形弯曲或倾斜而使内圈中心线与外圈中心线相对倾斜不超过 0.5 2时，轴承仍然可以正常工作。它的结构特性与原理和调心球轴承相同，区别在于滚动体是球面滚子，由于滚动体的不同，因而它的承载能力较大，主要用于矿山及重型机械上。此类轴承可保障轴向位移在轴承的轴向游隙范围内。调心滚子轴承和调心球轴承，在符合容量和极限转速许可的情况下，可以相互代用）。25 斗轮小车走行轮损坏原因分析及改进斗轮小车走行轮改造对比如图 4 所示。5.1 走行轮损坏原因分析混匀取料机斗轮体走行轮组，需要往复式运行并负荷承重工作。（1）原斗轮体小车走行轮使用的圆锥滚子轴承主要用来承受径向压力为主有较大的轴向分力，此类轴承在设计上使得内圈滚道面、外圈滚道面以及滚子滚动面的各圆锥面的顶点相交于轴承中心线上的一点，只适合使用于承受重负荷与冲击负荷的环境，在现场使用中，损坏情况基本都是走行轮通盖被轴承外圈顶开导致轮组损坏，造成设备停机。4（2）原设计安装的混匀取料机斗轮走行轮轮架侧板不合理，在使用的过程中产生变形，易造成走行轮组的行走偏析，导致啃轨现象发生进而导致轮组的损坏，从而影响水平轮组及走行轨道的使用寿命，且安装轮组的方式不利于维护，有严重的安全生产隐患。增加了工人检修的劳动强度。所以必须改造升级一种结构简单，工作稳定可靠，方便维护，利于故障处理，确保生产工艺运行顺畅的混匀取料机斗轮体走行轮装置是解决这一问题的有效途径。5.2 走行轮改造Q L K H 1 5 0 0-4 1 型 混 匀 取 料 机 斗 轮 体 径 向 轮 及 小 车 走 行 装 置 改 造2023 年第 2 期 61 表 1检修更换时间及损坏位置注：2013-2014 年部分记录摘自主机设备运行档案。日期位置编号损坏原因性质2012 年 4 月 9 日1-2 径向轮轴承损坏抢修2012 年 10 月 25 日1-4 径向轮轴承损坏抢修2012 年 11 月 25 日上部 8 组径向轮全部更换踏面磨损严重计划检修2013 年 4 月 8 日2-3 径向轮轴承损坏抢修2013 年 7 月 8 日2-4 轴向轮轴承损坏抢修2013 年 9 月 26 日2-1 走行轮轴承损坏抢修2013 年 10 月 28 日更换 1#斗轮体 4 组径向轮踏面磨损严重计划检修2014 年 4 月 17 日2-3 径向轮轴承损坏抢修2014 年 8 月 20 日更换 6 组径向轮轴承损坏及踏面磨损计划检修2014 年 10 月 7 日2-3 径向轮轴承损坏抢修2014 年 10 月 27 日2-4 径向轮轴承损坏抢修2014 年 11 月 18 日1-3 径向轮轴承损坏抢修日期位置编号损坏原因性质2017 年 10 月 18 日2-1、2-2、2-3、2-4 径向轮周期性踏面磨损计划检修2018 年 4 月 5 日2-1、2-2、2-3、2-4 径向轮周期性踏面磨损计划检修2018 年 10 月 8 日1-1、1-2、1-3、1-4 径向轮周期性踏面磨损计划检修2019 年 3 月 22 日8 组径向轮周期性踏面磨损计划检修改进后的小车走行轮如图 5 所示。图 5 改进后的小车走行轮简图表 2检修记录走行轮改造方案：通过气焊割除原有走行轮轮架，并打磨干净斗轮承重梁底板，安装强度等级高且容易更换走行轮的的轮架，在安装时确保轮架中心线与走行轨道的水平垂直度，彻底改变原有轮组的安装方式。走行轮采用光轴外套空心轴的轮轴结构，并设置双密封油槽的通盖，采用调心滚子轴承，及合金钢结构的走行轮，提高了混匀取料机斗轮体走行轮组的使用寿命，且方便日常的检修维护。6 改造效果6.1 径向轮改造效果改变径向轮内径由原来的 200 mm 扩大为215 mm，轴套外径由原来的 110 mm 扩大为 120 mm，调心滚子轴承由原来的 22222 升级为 22224C/W33，通过升级改造及定期检查校正斗轮体的水平标高，径向轮使用周期由原来的 2-4 个月左右提高至现在的 24 个月。（装机量 8 组，单价 7 000 左右，）定期的调整及润滑保障到位寿命甚至可达到 2 年左右的使用周期。对照表1从表2可以看出，通过改造径向轮，更换周期已实现可控，定期的检查调整更有利于延长该轮组的寿命。被动抢修转换为点检定修，达到了预期目的。注：2017-2019 年部分记录摘自主机设备运行档案昆 钢 科 技2023 年第 2 期 62 6.2 走行轮改造效果混匀取料机斗轮体小车沿其配置的钢轨进行往复式行走取料（南北走向 40 m 行程），原设计的走行轮结构，采用的是圆锥滚子轴承（32318），容易发生损坏，且轮架的设计使得检修更换困难（拆卸更换角度 90，斗轮装置顶升 100 mm 才可以拆除走行轮）。原轮组损坏更换，需要 5 个小时左右的时间完成，改进后轮组在进行更换时，时间可以控制在 2 小时以内完成。因现场工况条件差，粉尘较大的特点，将单密封油槽的通盖结构改为了双密封油槽，提高了密封效果，减少因进灰导致润滑不良造成的轴承损坏。针对原轴承使用周期短，更换频繁，将圆锥滚子轴承升级更换为调心滚子轴承，达到了延长轴承使用周期的目的（装机量 8 组，单价 8 200 左右），从 2014年 6 月改造后，使用至今无走行轮损坏故障发生。7 结论（1）在当前高节奏的生产水平下，混匀取料机实际作业率已经达到 80%以上，远超出设备设计作业率 50%，设备磨损加剧，此时采用适当扩大径向轮内径、轴套外径的改造方式，可有效延长其使用寿命，满足当前生产组织模式。（2）对当前调心滚子轴承进行升级改造，由22222C/W33 升级为 22224C/W33 并定期检查校正斗轮体的水平标高能有效降低检修频次（改造前每年更换大约 30 组，费用 21 万，改造后 2 年更换 1 次，费用 5.6 万，每年可节约 15.4 万元），保证设备长期处于高效率运转。（3）对检修困难的走行轮轮架，从便于检修更换的角度进行简化设计改造，（改造前每年更换大约 30 组，24.6 万费用）大大缩短检修时间。（4）通过分析混匀取料机斗轮体频繁发生的径向轮和走行轮损坏事故故障，针对性进行升级改造，同时加强设备点巡检力度，把频繁的被动抢修转换为点检定修，设备使用周期可控（改造升级后，可节约 40 万/年），有利于混匀取料机作业率和利用系数的提高，具有显著的经济效益。参考文献1 成大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社，2008.7-238.2 张松林.轴承手册M.北京：中国机械工程会出社，2004.8-13.3 秦大同，谢里阳.现代机械设计手册 轴及其连接件设计分册 M.北京：化学工业出版社，2013.5.4 秦大同，谢里阳.现代机械设计手册 轴承分册 M.北京：化学工业出版社，2013.51.（上接第 53 页）首次压片的合格率与诸多因素有关系，对相关因素进行逐一排查就能明显提高首次压片的合格率，分析结果的精密度和准确度均符合要求。因此首次压片合格率最佳条件为：试样粒度过筛 120 目、样品量 1.0 g、压力 22 T、保压时间 15 s。（2）本方法采用正交实验的最优方案，在2022 年 7 月-9 月生铁粉末样品首次压片合格率达到 99.5%，效果显著，能满足日常对生铁粉末样品的压片及测定。参考文献1郭德济，孙洪飞，胡皆汉.光谱分析法.第二版M.重庆：重庆出版社，1994.33-42.2 冯丽，李诚，张喜友.正交设计优化原子荧光法测定化妆品中砷、汞的实验条件 J.日用化学品科学，2014，37（7）：27-32.3 武映梅，石仕平，宋武元.X 射线荧光光谱粉末压片法检测合金铸铁中 13 种成分 J.冶金分析，2012，32（7）：32-37.4 姚锦冰，杨玉明，蒋兴元.X 射线荧光光谱法测定低合金生铁中 Si、Mn、P、S、Cr、Ni 的应用 J.中国高新技术企业，2012（23）：58-60.