南京地鐵運(yùn)營(yíng)分公司設(shè)備中心 張榮勝 陸良登 李夏歡

不落輪鏇床碎屑器的設(shè)計(jì)與改進(jìn)

南京地鐵運(yùn)營(yíng)分公司設(shè)備中心 張榮勝 陸良登 李夏歡

南京地鐵一號(hào)線進(jìn)口的TF2000HD型數(shù)控不落輪鏇床，配備了一套碎屑傳送系統(tǒng)。其中的碎屑器，斷屑不徹底，易卡滯、堵塞，造成反復(fù)清堵檢修，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。本文，筆者從碎屑器裝置結(jié)構(gòu)分析入手，對(duì)刀盤(pán)（片）與隔套的材料、加工工藝、外形參數(shù)等方面重新設(shè)計(jì)，改進(jìn)后，碎屑效果改善顯著。

一、問(wèn)題概述

從理論上來(lái)講，原機(jī)床在碎屑傳送系統(tǒng)裝置配置方面考慮是合理的，但在實(shí)際使用中效果卻不能令人滿意，特別是碎屑器斷屑不徹底，二片疊裝的刀片、隔套易卡滯、擠壓變形，故而引發(fā)傳送帶易堵，維修人員反復(fù)清堵檢修，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，如圖1所示。

圖 1 原機(jī)所配碎屑器

二、首次改進(jìn)方案

顯然，整套碎屑器必須進(jìn)行改進(jìn)。但是原機(jī)床生產(chǎn)廠家沒(méi)有提供相關(guān)圖紙，且廠家因經(jīng)營(yíng)困難，已不再提供后續(xù)保障和服務(wù)。鑒于此，這種改造必須由南京地鐵運(yùn)營(yíng)公司自己主導(dǎo)實(shí)施。具體的改造方案如下。

1.必須針對(duì)性研究地鐵車(chē)輛輪對(duì)的材料與硬度。南京地鐵一號(hào)線使用的電客車(chē)輪對(duì)由太原重工鋼輪有限公司生產(chǎn)，車(chē)輪為鍛鋼輾鋼輪，CL60，采用冷壓工藝壓裝到車(chē)軸上，并可通過(guò)油壓進(jìn)行拆卸。車(chē)輪基本參數(shù)為：在輪輞的表面車(chē)有一圈最終鏇輪標(biāo)記的凹槽；新輪直徑840 mm；半磨耗車(chē)輪直徑805 mm；全磨耗車(chē)輪直徑770 mm；輪輞寬度135 mm；輪轂寬度170 mm；車(chē)輪踏面下5 mm處的硬度為265～295 HBS，踏面下30 mm處的硬度為255～285 HBS。

2.選擇更換鏇修切削刀具（有斷屑槽），保證穩(wěn)定斷屑；統(tǒng)計(jì)、研究在輪對(duì)踏面的不同位置上的出屑的卷曲形式，優(yōu)化選擇主軸轉(zhuǎn)速、切削量、進(jìn)刀速度等參數(shù)配合，有效控制斷屑。

3.新做的刀片、隔套顯然都必須是整體的，不能采用二片疊裝。

4.制作工藝、裝配過(guò)程必須簡(jiǎn)潔，保養(yǎng)維護(hù)方便，使用壽命長(zhǎng)。

基于以上幾點(diǎn)，考慮碎屑的結(jié)構(gòu)、原理，筆者初步設(shè)計(jì)將碎屑器的主動(dòng)軸、從動(dòng)軸截面制作成正六角，去除鍵銷(xiāo)結(jié)構(gòu)；主、從動(dòng)軸上的螺旋齒刀片（與裝配隔套疊裝）交錯(cuò)排列；刀片和隔套采用模具鋼，整體淬火，保證硬度；刀片和隔套外形為內(nèi)孔正六角，刀片采用外八角齒(弧形)，保證準(zhǔn)確分度加工；主、被動(dòng)軸上成對(duì)的刀片（尖頂外圓最大處）與隔套間距為2 mm，刀片厚度（29.80±0.10）mm，隔套厚度（29.90±0.10）mm。

實(shí)際裝配后試運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)同步碎屑，有可能使碎屑過(guò)程對(duì)軸沖擊加大，易引起電機(jī)過(guò)載保護(hù)，于是將同軸上的刀片弧形齒順次旋轉(zhuǎn)錯(cuò)開(kāi)15°安裝。

三、首次改進(jìn)后使用情況

改進(jìn)后的碎屑器在使用一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)因刀片端部太尖，易崩尖；而由于整體淬火，崩尖或堆屑會(huì)擠碎隔套或刀片。而修復(fù)、更換部分損壞的刀片、隔套時(shí)，后一批生產(chǎn)的新件與原件偏差較大，在裝配過(guò)程中，反復(fù)調(diào)整不同厚度的刀片、隔套的順序位置，過(guò)程復(fù)雜，測(cè)量困難，且間隙不好控制。

在這里，筆者使用了一個(gè)小技巧，將全部可選擇裝配件即刀片、隔套厚度數(shù)據(jù)填入Excel電子表格，自動(dòng)計(jì)算刀片間的間隙，在一端輸入調(diào)節(jié)間隙（實(shí)際裝配中可以調(diào)整的間隙）后，檢查刀片間間隙大?。ê瘮?shù)自動(dòng)計(jì)算），拖放刀片、隔套（指厚度尺寸數(shù)據(jù)），另一端形成自然間隙（也可以在實(shí)際裝配中調(diào)整），結(jié)果如圖2、圖3所示，可選件、裝配間隙、剩余件一目了然。圖中可以看出刀片間隙在0.15 mm左右（圖中為0.12～0.19 mm）。

四、二次改進(jìn)方案

基于第一次改進(jìn)后存在的問(wèn)題，做了以下改進(jìn)。尖角部分，把倒圓直徑加大，如圖4所示，刀片尖角部分改進(jìn)對(duì)照，虛線為改進(jìn)前，實(shí)線為改進(jìn)后，仍保持刀片外圓最大直徑（指最大旋轉(zhuǎn)形成直徑）值不變。

圖 4 片尖角部分改進(jìn)

刀片與隔套的標(biāo)準(zhǔn)厚度均為29.85 mm（刀片與隔套同時(shí)在磨床磨削加工），誤差±0.02 mm；同時(shí)，刀片兩面在隔套外圓直徑外加工出0.075 mm臺(tái)階，理論上裝配后刀片間軸向自然形成0.15 mm間隙。但在加工中臺(tái)階尺寸難以控制，特別是刀片厚度磨削時(shí)不穩(wěn)定，控制不準(zhǔn)，甚至不能滿足與六角內(nèi)孔的垂直度要求。

因此，考慮去掉刀片裝配預(yù)留臺(tái)階，同時(shí)，為保證斷屑效果和便于裝配調(diào)整，采用磨床磨削，控制誤差，刀片厚度（29.70± 0.02）mm，隔套厚度（29.84±0.02）mm，使兩軸上的刀片軸向間隙控制在0.10～0.18 mm。穩(wěn)定形成最終刀片、隔套截面圖的設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖 5 最終刀片、隔套

綜合設(shè)計(jì)、制作試驗(yàn)，并經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證，具體加工方法、工藝為：采用P20（模具鋼）材料，下料；通過(guò)鍛打的手段使其材質(zhì)結(jié)構(gòu)更加緊密；回火消除內(nèi)應(yīng)力，減少加工過(guò)程當(dāng)中產(chǎn)生的應(yīng)力變形；數(shù)控車(chē)床車(chē)削加工；中走絲線，線切割割出外形；在平面磨床進(jìn)行面加工厚度到滿足尺寸；表面做氮化處理，表面氮化層的厚度約為0.3 mm，氮化要求保溫至少在72 h以上，使材料原先的硬度從22～28HRC達(dá)到58～62HRC。

五、二次改進(jìn)后使用情況

改進(jìn)后的刀片、隔套裝配完成后，投入使用，效果非常好。除在不落輪鏇床設(shè)備本身正常維護(hù)、保養(yǎng)停機(jī)時(shí)，進(jìn)行碎屑器傳動(dòng)部分如齒輪、軸承做潤(rùn)滑等保養(yǎng)，刀片、隔套部分只做常規(guī)緊固檢查、清塵。2年多的應(yīng)用表明，新的碎屑器運(yùn)用正常，刀片、隔套再無(wú)損壞，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)預(yù)期要求。