陳衛(wèi)鋒（上海國(guó)際機(jī)場(chǎng)股份有限公司機(jī)電信息保障部,上海 201100）

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機(jī)場(chǎng)行李皮帶式轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)關(guān)鍵部件改造設(shè)計(jì)

陳衛(wèi)鋒
（上海國(guó)際機(jī)場(chǎng)股份有限公司機(jī)電信息保障部,上海 201100）

摘 要：本文針對(duì)虹橋機(jī)場(chǎng)皮帶式轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)多發(fā)的輥筒軸磨損故障進(jìn)行深入的研究，尋找出故障原因，制定了有效的改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：虹橋國(guó)際機(jī)場(chǎng)；皮帶式轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)；輥筒軸；磨損故障

虹橋行李系統(tǒng)作為機(jī)場(chǎng)運(yùn)行重要系統(tǒng)之一，擔(dān)負(fù)著為旅客提供行李交運(yùn)及提取的服務(wù)［1-2］。皮帶式輸送機(jī)作為系統(tǒng)基礎(chǔ)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?rùn)C(jī)的故障量最高，達(dá)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(shè)備進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)的可靠性，一直是機(jī)場(chǎng)設(shè)備管理部門當(dāng)下急需解決的問(wèn)題［3-4］。

1 皮帶式轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)工作原理及磨損現(xiàn)象

轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)主要由驅(qū)動(dòng)單元、支撐單元和保持單元組成。其采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)端部錐形輥筒軸的形式帶動(dòng)皮帶。當(dāng)設(shè)備在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，輥筒軸時(shí)刻受到不同重量行李的載荷沖擊，而設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)依靠其零件副相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，會(huì)伴隨著產(chǎn)生摩擦和磨損等現(xiàn)象。經(jīng)觀察，故障轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)不僅軸承磨損嚴(yán)重，連輥筒軸也出現(xiàn)了嚴(yán)重的磨損情況。

2 轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)輥筒軸的受力分析

轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)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(shí)，由于貨物水平輸送的要求，轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)上面的皮帶要保持水平，轉(zhuǎn)彎輸送機(jī)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(shè)計(jì)的行李防撞功能，極大增加了設(shè)備負(fù)載時(shí)的緊急制動(dòng)，加劇了對(duì)輥筒軸端部的載荷沖擊。

根據(jù)轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)輥筒軸的工作狀況，采用有限元法對(duì)該關(guān)鍵部件進(jìn)行受力分析，為便于分析計(jì)算，本文使用Solidworks軟件，根據(jù)轉(zhuǎn)彎輸送機(jī)輥筒軸的實(shí)際尺寸建立三維模型，并進(jìn)行了3D網(wǎng)格劃分。隨后要對(duì)零件材料屬性、邊界約束條件及施加載荷進(jìn)行定義。根據(jù)輥筒軸的材料屬性，經(jīng)查相關(guān)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(dòng)過(guò)程中，是通過(guò)兩端軸承固定支撐，因此約束條件應(yīng)施加在輥筒軸的兩端并留有一個(gè)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知［4］，皮帶與輥筒軸的摩擦系數(shù)kc=0.68左右，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定功率為P=1.1KW，轉(zhuǎn)彎輸送機(jī)的皮帶運(yùn)行速度為vs=1m/s，根據(jù)下式（1）和式（2）可計(jì)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(guò)上式（1）和（2）得，在電機(jī)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(shè)置好相關(guān)參數(shù)進(jìn)行有限元仿真計(jì)算，求得該轉(zhuǎn)彎輥筒軸的變形分布圖和應(yīng)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(guò)上圖可知，輥筒軸的應(yīng)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(shuō)明，對(duì)于輥筒軸結(jié)構(gòu)其兩端支撐位置受到較大的應(yīng)力變化且受到變形轉(zhuǎn)動(dòng)的周期性擾動(dòng)，軸承兩端支撐方式對(duì)輥筒軸的磨損及卡死有著重要關(guān)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(shè)計(jì)

改造前的轉(zhuǎn)彎輸送機(jī)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(guò)兩個(gè)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(dòng)及局部應(yīng)力的變化，特別是依靠?jī)蓚€(gè)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(guò)程中容易產(chǎn)生松動(dòng)、發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)、產(chǎn)生摩擦、行程磨損，對(duì)輥筒軸和軸承都產(chǎn)生較大的損壞。

針對(duì)輥筒軸在工作過(guò)程中產(chǎn)生的擾動(dòng)、沖擊及應(yīng)力變化，應(yīng)對(duì)原有螺栓緊固方式進(jìn)行改造設(shè)計(jì)來(lái)避免軸承內(nèi)圈與輥筒軸之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(jìn)行改造設(shè)計(jì)，選用了帶鎖緊套的脹緊軸承，其工作原理是通過(guò)高強(qiáng)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(shí)現(xiàn)機(jī)件與軸的無(wú)鍵聯(lián)接。其特點(diǎn)是安裝調(diào)整方便、聯(lián)接穩(wěn)定可靠，特別是在超載時(shí)，可以保證輥筒軸設(shè)備不受損壞，由于具有很好的自鎖性，非常適合重載傳動(dòng)或有沖擊振動(dòng)的使用場(chǎng)所。通過(guò)上述改造方案實(shí)施有效解決了機(jī)場(chǎng)轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)的輥筒軸磨損問(wèn)題，保證了機(jī)場(chǎng)設(shè)備正常有效運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 總結(jié)

本文針對(duì)機(jī)場(chǎng)行李系統(tǒng)中轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)頻發(fā)故障，對(duì)該設(shè)備關(guān)鍵部件進(jìn)行受力分析及改造設(shè)計(jì)方案。分析研究了其關(guān)鍵部件輥筒軸在工作過(guò)程中載荷情況，進(jìn)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(duì)其改造成適合重載傳動(dòng)或有沖擊振動(dòng)的鎖緊套脹緊聯(lián)接方式，取得了很好的應(yīng)用效果，提高了機(jī)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

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

作者簡(jiǎn)介：陳衛(wèi)鋒，工學(xué)學(xué)士，助理工程師，主要從事機(jī)場(chǎng)行李輸送設(shè)備運(yùn)行保障工作。