侯春祥

（河鋼邯鋼集團物流公司，河北 邯鄲 056000）

單斗輪取料機做為鋼鐵企業(yè)原料場主要的設備，由于本身作業(yè)率較高，設備磨損和損耗較大，特別是設備部件大部分非標且費用高，其更換維護相對于膠帶機等設備比較困難，因此在日常維護、檢修等工作量中占很大比例，以邯鋼原料場為例，其維護檢修工作量占料場總的工作量的30%以上；備件成本占用比例更高，約占料場總備件成本的40%以上。

在市場經(jīng)濟競爭嚴峻的背景下，成本控制是企業(yè)最為有效的競爭優(yōu)勢。為此，河鋼邯鋼技術人員針對單斗輪取料機常用備件（如車輪組、斗子、斗輪體、溜槽等）的使用壽命增加進行了探索研究，取得了明顯效果。

1 取料機取料斗的長壽命改進

單斗輪取料斗和雙斗輪取料斗為料場常用消耗件，在日常設備檢修中也消耗了較多人力成本，其在線的備件完好情況對整機作業(yè)效率影響較大。因此我們針對斗子進行長時間的研究優(yōu)化。

1.1 斗子主體鋼板材質的改進

經(jīng)過我們幾年的持續(xù)改進，斗子主體鋼板材質從Q235 到Q345B 再到NM400[1]。

幾種鋼板的應用對比：

（1）普碳鋼的使用情況：邯鋼物流公司二料場最初隨主機采用的普碳鋼（Q235）耐磨性較差，屈服強度低，斗子不僅磨損較快，而且由于取料工況惡劣情況下，斗子極易形變和撕裂，造成備件報廢。

（2）Q345B 的使用情況：由于普碳鋼斗子的壽命過短，邯鋼繼而采用了錳板（即Q345B），斗子本身強度、剛度、耐磨性得到了一定程度的提高，備件壽命有一定程度的提高。但是斗子的形變有時仍會發(fā)生，斗口部位的磨損情況仍很嚴重，需要繼續(xù)探索更好的材料[2]。

（3）隨著鋼鐵技術的發(fā)展和推廣，2017 年開始我們開始實驗采用河鋼舞鋼出品的特種鋼板NM400，NM400 為高強度耐磨鋼板（其化學成分見下表），具有相當高的機械強度，其機械性能是普通合金鋼板的3 倍到5 倍，其硬度（HB）可達360-430，可顯著提高機械相關部件的磨損耐性。由于斗子制作精度要求不高，鋼板的火焰切割方法方法與普通低碳和低合金鋼的切割一樣簡單，制造工藝成本增加不多[3]。

斗子采用NM400 后，其耐磨性和抗變形能力得到了明顯提高，使用近3 年以來極少因為斗子本身形變造成的備件報廢。

1.2 斗子結構的長壽命改進

（1）在長期使用過程中，我們發(fā)現(xiàn)斗子固定孔磨損過快造成斗子晃動進而造成失效，針對此問題我們首先對斗子三個固定點處的鋼板進行了加厚處理，兩側固定點鋼板從原來16mm增加到25mm，中間點鋼板從12mm增加到20mm，改進后情況得以明顯改善。后期采用上述NM400鋼板以后，孔磨損問題得以基本解決。

（2）盡管NM400 鋼板使斗子本體的耐磨性和強度問題得以基本解決，但是在后期的使用過程中我們發(fā)現(xiàn)斗口兩側（兩角部位）磨損快于其它部位（圖1），限制了斗子壽命的提高，對此我們采取特殊結構設計，有效的解決了這一問題：根據(jù)斗子磨損情況和機理，我們在斗子兩側磨損部位增加磨耗塊，為了更好的提高磨耗塊的耐磨性和壽命，我們在磨耗塊表面采用了Fe-Cr-v堆焊合金（圖2）。

圖1 采用NM400 后兩側磨損

表1 NM400 牌號和化學成分（Wt，%）

圖2 針對問題增加磨耗塊，其快于其他部位表面堆焊Fe-Cr-v 合金

（3）Fe-Cr-v 堆焊合金中鐵素體以及馬氏體共同構成了基體組織，碳化物主要包括（Cr，F(xiàn)e）23C6。Fe-Cr-v 堆焊合金當中的晶界碳化物（Cr，F(xiàn)e）23C6的分布為條狀以及斷續(xù)網(wǎng)狀分布，可形成耐磨骨架，阻礙磨粒鍥入、減少磨粒切削量。避免連續(xù)網(wǎng)狀碳化物產生非常強烈的脆性，使堆焊合金產生非常理想的耐磨性。根據(jù)我們多次跟蹤改進，堆焊厚度在5mm～6mm 即可，其堆焊參數(shù)如下。

表2 推薦的堆焊工藝的參數(shù)

通過上述的改進（圖3），河鋼邯鋼料場取料斗子的使用壽命從最初的3 個月左右，提高到14 個月以上，在降低備件費用，提高設備保障能力，節(jié)約檢修力量方面取得了明顯效果。

圖3 斗子綜合改進圖

2 行走車輪組的長壽改進

車輪組作為堆取料機設備最為關鍵的備件之一，不僅對整車的運行穩(wěn)定性至關重要，而且一旦出現(xiàn)故障，嚴重情況下可導致整機傾斜等惡劣事故，事故恢復困難。由于料場的逐步大型化和設備取料能力不斷提高，設備自重也越來越重。為了配套主機設備，其行走車輪組的數(shù)量也在增加，以邯鋼二料場為例，其單斗輪取料機的車輪組在30 組以上，堆料機28 組以上（含尾車）。

圖4 行走車輪組在線磨損情況

圖5 更換下來的行走輪組

目前大部分原料場的堆取料機軌道的基礎多為道砟基礎，隨著使用時間的增長，其基礎沉降和軌道形變磨損等逐漸嚴重，造成了行走車輪組的磨損加劇（圖4，圖5）。由于較多的車輪在線數(shù)量，其更換檢修維護量十分巨大，備件消耗也十分嚴重。

鑒于上述原因，我們對車輪組進行持續(xù)改進：

（1）考慮到備件綜合性價比，我們選用了35SiMn鋼，經(jīng)過調質處理。35SiMn鋼是一種性能較好、比較經(jīng)濟的合金調質鋼，鋼的淬透性好，在水中臨界淬透直徑達24mm～47.5mm，在油中臨界淬透直徑達11～27.5mm，調質后具有高的強度和耐磨性，并且有良好的韌性和耐勞強度，其可切削性也較好，冷變形塑性中等。

（2）在提高車輪材質方面綜合性價比比較困難的情況下，我們對車輪結構進行改變，主要對車輪輪沿厚度進行加厚，由原來的25mm 增加到35mm，其重量增加為：［Π*0.322（輪沿外徑的平方）-Π*0.252（輪沿內徑的平方）］*0.02（增加的輪沿厚度）*7.85（鋼密度）=0.0197（噸）。以單斗輪主動行走輪組為例（圖6），輪組總重約為588Kg,增加重量40Kg（含筋板增加重量）,增加不到8%，考慮到制造的成本增加不會超過10%，但是其可磨損增加25-15=10mm（按照輪沿剩余10mm 就更換考慮吧），增加10/15=66%，綜合性價比增加不低于50%。對于從動輪車輪組我們目前采取了進一步增加壽命方案，就是將輪體整體換向，這樣可以使綜合性價比提高近100%。

圖6 車輪改進圖

圖7 改進后的行走輪

3 單斗輪取料機斗輪體的長壽命改進

斗輪體為單斗輪取料作業(yè)的關鍵部件，作業(yè)工況復雜惡劣，物料沖刷嚴重，磨損銹蝕現(xiàn)象突出，備件本身價格昂貴，其檢修更換由于涉及到整車平衡需要拆除配重塊等作業(yè)而需耗費大量人力和物力，其使用壽命的延長尤為重要和必要[4,5]。

經(jīng)過多年的維護和檢修經(jīng)驗，我們總結出斗輪體損壞的原因主要有：因斗輪體主軸兩端軸承損壞造成軸磨損（特別是非驅動端）；輪體副板磨損；斗輪體四周輪沿板磨損，特別是斗子固定孔的磨損。

（1）對斗輪軸承損壞我們通過分析發(fā)現(xiàn)主要原因就是從軸承座和軸之間的縫隙中擠進物料導致軸承損壞，次要原因是軸承潤滑不良。針對這些問題我們分別進行了改進。

（2）改進軸承座的密封結構，由原來的單密封改進為迷宮密封和骨架油封雙密封（如附圖8 和圖9）。

圖8 斗輪軸非驅動端密封改進

圖9 斗輪軸驅動端密封改進

（3）增加軸承座防護罩，減少物料進入軸承座的機會（如圖10，圖11）。

圖10 防止積料的防護罩

圖11 驅動側的軸承座防護罩

（4）增加電動自動潤滑，由于取料斗部位潤滑點較少，離主機潤滑點較遠，我們在該部位采用了電動自動多點泵，可以實現(xiàn)點對點的按時自動加油，由于主泵和潤滑點很近，潤滑效果非常好。

（5）經(jīng)過上述的改進，通過近幾年的軸承開蓋檢查，軸承幾乎沒有再進入物料，潤滑效果也很出色。

輪體副板磨損嚴重的問題，首先這些部位的鋼板全部采用NM400 板替代原來常規(guī)采用的Q345B，另外在重點磨損部位增加16mm 厚的NM400 材質的磨耗板（見附圖）。在副板的其他部位采用6mm 厚的陶瓷襯板，以增加耐磨性和抗銹蝕能力（見附圖12，圖13）。

圖12 斗輪體改進

圖13 斗輪體副板黏貼陶瓷襯板效果

斗輪體四周輪沿板磨損，特別是斗子固定孔的磨損問題，我們采取了相應改進對策：這些部位的制作原材料鋼板全部采用NM400 板，對于斗子安裝孔位置，我們采用20mm 厚的40Cr 熱處理過的加強耐磨塊進行了加固處理，事實證明這一改進非常有效（圖14）。

圖14 40Cr 耐磨塊加強安裝孔的耐磨

除這些改進以外，我們還對卸料板等部件進行了改造，以減少積料對斗輪體的磨損（見附圖15，圖16）。通過上述一系列改進，斗輪體壽命由3 年左右增加到至少6 年以上，備件綜合性價比提高80%以上。

圖15 卸料板改進示意圖

圖16 實際改進效果

4 單斗輪取料機其他部件備件的改進

邯鋼第二料場單斗輪設備投產已經(jīng)近13 年的時間，臂架在長期的使用過程中銹蝕和磨損非常嚴重（圖17）。由于前端布置斗輪體等重量較大部件，臂架本省形變也較嚴重。臂架為取料機結構件，其更換更加困難。2018 年大修時，我們對臂架也進行了改進，將前段物料沖刷部位全部采用NM400 鋼板，這樣一是增加耐磨性，二是可以增加臂架的剛度和強度，減少臂架前端的形變。另外我們還在臂架一些部位增加了導料板（圖18），防止長期的積料對臂架鋼板的銹蝕。

圖17 更換前的斗輪磨損情況

圖18 增加導料板涂重度防腐漆

漏斗溜槽磨損損壞也是料場常見現(xiàn)象之一，對此我們做了深入的研究和改進，詳見我們的論文《輸送機物料轉運點漏斗長壽優(yōu)化研究與應用》，發(fā)表在《中國機械》2020 年第四期，在此不再詳述。對臂皮帶機尾改向滾筒的改進同樣取得了良好效果。針對臂皮帶容易跑偏掉料，尾滾筒磨損快，軸承容易損壞等問題，我們采用了聚氨酯鼓形膠面滾筒成功的解決了皮帶跑偏嚴重，膠面磨損過快問題；通過對滾筒軸承座增加密封密封，和斗輪體一樣增加自動潤滑也成功解決了滾筒軸承易進料損壞的問題。

原料場各種倉口和溜槽口篦板改進可參考我們發(fā)表的論文《原料場料倉和皮帶機漏斗篦板長壽命優(yōu)化研究》，《中國金屬通報》2020 年5 月上期。

5 結語

在單斗輪取料機諸多改進改造項目成功實施的情況下，河鋼邯鋼單斗輪取料機整體作業(yè)率明顯得到了提升，備件消耗和檢修力量的投入得到了有效控制，設備故障、事故明顯的降低，設備保持了良好的運行狀態(tài)。