摘要：螺桿變幅傳動(dòng)中，由于螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)比大，因此螺桿機(jī)構(gòu)與齒條機(jī)構(gòu)相比尺寸相對(duì)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)無(wú)噪聲，但是由于螺母?jìng)鲃?dòng)效率低，故而需要專門(mén)的強(qiáng)制潤(rùn)滑設(shè)備，并且對(duì)密封要求較高。文章對(duì)螺絲桿變幅傳動(dòng)故障進(jìn)行了分析和改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：螺桿變幅；傳動(dòng)故障；搖架；潤(rùn)滑設(shè)備；螺桿機(jī)構(gòu) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TH21 文章編號(hào)：1009-2374（2017）02-0029-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.013

1 螺桿變幅傳動(dòng)原理分析

螺桿傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)幅中，采用螺母驅(qū)動(dòng)螺桿，推動(dòng)臂架實(shí)現(xiàn)變幅，螺母連同其傳動(dòng)裝置和電動(dòng)機(jī)都布置在能繞水平軸線擺動(dòng)的搖架上，搖架的支承軸線須與螺桿中心線相交，同時(shí)為了補(bǔ)償間隙、變形與安裝公差，搖架的支承還必須保證螺桿可繞垂直軸線略微偏擺，因此搖架支承處實(shí)際上是一個(gè)十字鉸結(jié)構(gòu)。

為了減少變幅啟動(dòng)和制動(dòng)的沖擊，并消除振動(dòng)，此外，變幅機(jī)構(gòu)承受的載荷其符號(hào)常是改變的，這些載荷是由物體擺動(dòng)、變幅時(shí)物品產(chǎn)生加速度、起重機(jī)旋轉(zhuǎn)離心力、風(fēng)力作用、物品及自重未平衡引起的，為了適應(yīng)載荷的變化特性，常在機(jī)構(gòu)與臂架之間的連接構(gòu)件上裝設(shè)彈簧或橡膠的緩沖與減震裝置。

由于螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)比大，因此螺桿機(jī)構(gòu)尺寸相當(dāng)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)無(wú)噪聲。但對(duì)螺桿傳動(dòng)要特別注意密封和潤(rùn)滑，目前都采用伸縮式密封套管來(lái)防護(hù)螺桿。螺桿螺母的傳動(dòng)效率低，現(xiàn)今通常使用雙螺旋線式螺桿代替單螺旋線式螺桿，則傳動(dòng)效率可以在一定程度上得到提高，通常傳動(dòng)效率達(dá)到60%左右。

2 使用過(guò)程中存在的主要問(wèn)題

以往潤(rùn)滑泵內(nèi)油封采用老式聚氨酯O型圈密封，使用壽命短，并且潤(rùn)滑泵整體安置于機(jī)房之中，潤(rùn)滑油一旦泄漏便將電纜等電器元件浸泡其中，帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。

目前強(qiáng)制潤(rùn)滑的工藝如下：液壓油泵吸取油池內(nèi)的液壓潤(rùn)滑油，將其注射到螺母與螺桿的運(yùn)動(dòng)副當(dāng)中去，從而帶走產(chǎn)生的額外熱量并使之潤(rùn)滑。之后潤(rùn)滑油在自身的重力以及液壓油泵的助推力之下重新返回油池內(nèi)進(jìn)行下一次潤(rùn)滑工藝循環(huán)。為了保證進(jìn)油路有足夠的壓強(qiáng)和回油路能夠流暢的回流，進(jìn)油管和回油管的直徑分別為23mm和84mm，同時(shí)采用雙回油管回流。

由于機(jī)房與變幅傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的距離相對(duì)較遠(yuǎn)，潤(rùn)滑管路長(zhǎng)度長(zhǎng)達(dá)5.3m，并且潤(rùn)滑油主要依靠重力進(jìn)行回流，如此長(zhǎng)的管路使其沿程壓力損失較大。潤(rùn)滑油流速較慢，尤其當(dāng)氣溫降低時(shí)潤(rùn)滑油黏稠度增大，流動(dòng)性減弱，致使機(jī)構(gòu)無(wú)法正常散熱。同時(shí)螺桿機(jī)構(gòu)的當(dāng)量摩擦角大于螺紋升角，傳動(dòng)效率約為60%，如果不能及時(shí)散熱，螺桿表面極易發(fā)生點(diǎn)蝕膠合的現(xiàn)象，螺桿失效，機(jī)構(gòu)損壞。

綜上所述，原變幅強(qiáng)制潤(rùn)滑工藝主要缺點(diǎn)如下：（1）老式聚氨酯油封使用壽命短；（2）潤(rùn)滑泵安置于機(jī)房當(dāng)中，潤(rùn)滑油一旦泄漏會(huì)浸泡電纜，帶來(lái)安全隱患；（3）潤(rùn)滑泵與變幅傳動(dòng)系統(tǒng)距離遠(yuǎn)，潤(rùn)滑油沿程損失壓力較大，潤(rùn)滑散熱效果差；（4）沒(méi)有恒溫調(diào)控裝置，溫度下降時(shí)潤(rùn)滑油黏稠度增加，不易流動(dòng)。

3 確定改進(jìn)方案

將強(qiáng)制潤(rùn)滑設(shè)備由機(jī)房?jī)?nèi)部整體移動(dòng)到變幅平臺(tái)上面，確保泄漏的潤(rùn)滑油不會(huì)直接與電纜電器相接觸。同時(shí)提高潤(rùn)滑油的流動(dòng)性，增強(qiáng)其潤(rùn)滑效率。并且增加其密封性能，延長(zhǎng)其密封件的使用壽命，避免潤(rùn)滑油泄漏影響車(chē)容車(chē)貌。并且設(shè)置自動(dòng)調(diào)溫裝置，當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)其自動(dòng)加熱，降低潤(rùn)滑油的黏度，確保其潤(rùn)滑效率。具體實(shí)施步驟如下：（1）將老式O型圈聚氨酯單層油封升級(jí)改造為新型的聚四氟乙烯雙唇式油封，避免灰塵進(jìn)入油封內(nèi)部，降低油封磨損，增大油封的使用壽命；（2）將原潤(rùn)滑設(shè)備整體吊裝于變幅平臺(tái)上部，使其擁有較大的維修空間，同時(shí)縮短了回油距離，減少了潤(rùn)滑油的沿程壓力損失，從而提高潤(rùn)滑油的回流速度，增加其潤(rùn)滑效率；（3）設(shè)置自動(dòng)調(diào)溫裝置，當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)其自動(dòng)加熱，降低潤(rùn)滑油的黏度，確保其潤(rùn)滑效率。

4 對(duì)上述技術(shù)改進(jìn)進(jìn)行理論論證

4.1 對(duì)老式油封進(jìn)行升級(jí)改造

使用新型聚四氟乙烯雙主唇式油封代替原來(lái)老式聚氨酯O型圈油封。

新式油封具備以下優(yōu)點(diǎn)：（1）在油封內(nèi)轂部分包覆一層波浪狀橡膠，能適應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸比較大的偏心度和軸較大范圍的尺寸偏差，有較佳的軸向及徑向緩沖性能，有良好的密封性能，同時(shí)也有非常長(zhǎng)的使用壽命；（2）由于密封是在油封唇部與內(nèi)轂之間實(shí)現(xiàn)的，故對(duì)軸的不圓度、表面粗糙度要求不高，對(duì)軸表面的輕微損傷也不敏感，提高了油封的可靠性；（3）在內(nèi)轂上包覆一層橡膠，能使油封穩(wěn)固地安裝在軸上，如在安裝前在橡膠表面涂點(diǎn)潤(rùn)滑脂，則安裝就會(huì)變得更容易；（4）在油腔與外界之間設(shè)計(jì)了一個(gè)迷宮式通道，且在通道中布置了兩道防塵唇，使主唇與灰塵及水保持一段距離，延長(zhǎng)了油封的使用壽命。

4.2 縮短潤(rùn)滑管路，提高潤(rùn)滑效率

將油泵等潤(rùn)滑設(shè)備整體吊裝于變幅平臺(tái)上部，從而使管路長(zhǎng)度由原來(lái)的5.3m縮短為現(xiàn)在的1.7m。如果按照20℃時(shí)潤(rùn)滑油的密度900kg/m3計(jì)算，沿程壓力損失將減少60%以上，有效地促進(jìn)了潤(rùn)滑油的流動(dòng)性。

4.3 設(shè)置安裝溫控裝置，降低潤(rùn)滑油的黏稠度

由于將潤(rùn)滑泵整體從機(jī)房?jī)?nèi)移至室外，同時(shí)考慮到潤(rùn)滑油的黏稠度隨溫度的降低而增高，當(dāng)冬季氣溫下降時(shí)，油泵啟動(dòng)時(shí)油溫較低，由于潤(rùn)滑油的黏度較高，油泵吸油阻力大，吸入量減少甚至吸不上油來(lái)，極易導(dǎo)致“燒軸”的事故。

針對(duì)此種情況可以在曲軸箱側(cè)面加工一個(gè)螺紋孔采用電加熱棒對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行預(yù)熱，可以利用油池內(nèi)的溫度傳感器來(lái)控制加熱溫度。

現(xiàn)今潤(rùn)滑油的質(zhì)量為25kg，油溫從-15℃加熱至20℃。則所需熱量：

Q=mcp△t

=25×1.87（20+15）

=1636kJ

式中：m為質(zhì)量，kg；cp為定壓比熱容，1.87c/kJ·kg-1k-1；△t為溫升，℃。

如果采用2kW、220V的加熱棒對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱由公式P=UI可得：

I=P/U=2000/220=9.09A

加熱棒電阻為：

R=U/I=220/9.09=24.2Ω

如將潤(rùn)滑油從-15℃加熱至20℃時(shí)所需的時(shí)間：

Q=I2Rt

t=Q/I2R

=1636/9.092×24.2

=818S

即大約14分鐘，如果考慮到油箱散熱的因素，大約在20分鐘左右。

在本地冬季溫度最低時(shí)，門(mén)機(jī)供電后僅需要20分鐘左右的時(shí)間就能夠使?jié)櫥偷臏囟冗_(dá)到作業(yè)要求。

5 改造后的技術(shù)性能

（1）油封使用壽命提高5倍以上，避免了潤(rùn)滑油頻繁泄漏的現(xiàn)象；（2）避免了潤(rùn)滑油和電纜等電氣元件發(fā)生接觸而帶來(lái)的安全隱患；（3）有效縮短了管路距離，減少了潤(rùn)滑油的沿程壓力損失；（4）自動(dòng)溫控器能夠在溫度較低時(shí)自動(dòng)加熱，當(dāng)溫度達(dá)到20℃左右時(shí)停止加熱，保證潤(rùn)滑油的適宜潤(rùn)滑溫度。

6 改造后的總體性能指標(biāo)

（1）變幅螺母及螺桿的使用壽命提高7倍以上；（2）全年共減少拆修頻率以及保養(yǎng)維護(hù)等工時(shí)共1000小時(shí)；（3）改造后門(mén)機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)。

7 經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）目前已完成M37的螺桿變幅機(jī)構(gòu)強(qiáng)制潤(rùn)滑工藝改進(jìn)，油封改造、設(shè)備吊裝、溫控器購(gòu)置及安裝各項(xiàng)費(fèi)用共計(jì)約為1.2萬(wàn)元；（2）在改造完成以后，油封的使用壽命提高了3～4倍，變幅螺桿的故障率降低到原來(lái)的30%以下，極大地降低了變幅機(jī)構(gòu)的拆修頻率。全年節(jié)約各項(xiàng)材料費(fèi)以及人工費(fèi)用共23萬(wàn)元以上；（3）螺桿變幅機(jī)構(gòu)強(qiáng)制潤(rùn)滑工藝革新改造成本低，使用壽命長(zhǎng)，提高了潤(rùn)滑效率，滿足了生產(chǎn)的需要。

8 應(yīng)用效果分析

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際需要，創(chuàng)造性地完善了螺桿式變幅門(mén)機(jī)的強(qiáng)制潤(rùn)滑工藝：升級(jí)改造了老式的聚氨酯油封，增加了潤(rùn)滑泵的密封性能，提高其使用壽命，最大限度地避免了潤(rùn)滑油的泄漏。在通過(guò)分析螺桿式變幅門(mén)機(jī)的傳動(dòng)原理以及傳動(dòng)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行了革新改造，避免了潤(rùn)滑油的泄漏帶來(lái)的安全隱患，同時(shí)極大地提高了其潤(rùn)滑效率。降低了機(jī)構(gòu)的故障率，減少了整體的拆修頻率，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且投入成本低、操作簡(jiǎn)單、溫控精確，非常適合于螺桿式門(mén)機(jī)變幅機(jī)構(gòu)的需要。該項(xiàng)目改造成功，為我港提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本起到積極的作用。

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作者簡(jiǎn)介：姜涵文（1988-），男，山東煙臺(tái)人，煙臺(tái)港股份有限公司聯(lián)合港埠分公司固機(jī)隊(duì)助理工程師，研究方向：港口起重設(shè)備管理與維護(hù)。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）