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。
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
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。
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)。
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。
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。