李紅熙

（新疆德勤互力工業(yè)技術(shù)有限公司工業(yè)運(yùn)營中心）

1 問題的提出

八鋼公司第二煉鋼廠120t 轉(zhuǎn)爐精煉跨3 臺(tái)220/63t 冶金鑄造起重機(jī)主要承擔(dān)煉鋼廠精煉區(qū)域轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)的合格鋼水的接收吊運(yùn)功能，3 臺(tái)起重機(jī)同規(guī)格、同型號(hào)，起重機(jī)跨度27m，工作級(jí)別A7。該結(jié)構(gòu)形式大噸位冶金鑄造起重機(jī)為鑄造起重機(jī)典型四梁四軌雙小車機(jī)型，設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜。為保證同一側(cè)12 組車輪組輪壓均衡，主、副端梁設(shè)計(jì)有鉸接連接結(jié)構(gòu)，在使用過程中出現(xiàn)過連接固定失效、鉸接軸及襯套非正常磨損的情況。主、副端梁鉸接點(diǎn)連接失效，連接銷軸退出將會(huì)造成起重機(jī)主梁與副梁分離的嚴(yán)重設(shè)備事故，現(xiàn)場發(fā)生多起連接固定失效銷軸退出的事故隱患，點(diǎn)檢員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處置避免了嚴(yán)重設(shè)備事故的發(fā)生，處理事故隱患中的銷軸及鉸接軸襯套更換需時(shí)較長，維護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度較大。因此對(duì)原設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，以解決鉸接軸連接失效的事故隱患。

2 現(xiàn)狀調(diào)查及分析

3 臺(tái)起重機(jī)在使用過程發(fā)生過軸端一側(cè)固定擋板脫落、固定失效造成銷軸退出、鉸接軸及襯套非正常磨損、襯套脫落等設(shè)備事故隱患，給設(shè)備的安全運(yùn)行造成極大的影響，通過查閱該起重機(jī)原設(shè)計(jì)資料，對(duì)原端梁鉸接設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

圖1 原設(shè)計(jì)端梁鉸接圖

如圖1所示，該鉸接點(diǎn)設(shè)計(jì)原為兩端固定結(jié)構(gòu)形式，通過Φ200mm 銷軸連接主、副端梁，副梁上嵌入安裝圖示件2 的襯套（內(nèi)孔為橢圓形），襯套與副端梁軸孔用騎縫螺絲固定；主梁軸孔配合安裝圖示件4、11 的固定套，使之與連接銷軸配合；軸端固定一側(cè)采用卡板（圖示件8）固定（如圖1 A 向視圖所示），一端采用擋板（圖示件9）固定，使用3個(gè)M20×50mm 與軸端壓緊連接固定。

通過查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》手冊(cè)關(guān)于公差配合的基本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，該鉸接軸連接固定結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)有2 種公差配合形式，分別是銷軸與固定孔的間隙配合；襯套與副端梁孔、軸套與主梁孔的過渡配合。

在實(shí)際使用過程中存在以下問題：（1）其中襯套與副端梁孔采用過渡配合裝配，采用4-M6 騎縫螺栓固定，軸套裝配固定如圖2所示。內(nèi)孔為橢圓形孔，橢圓孔長軸垂直安裝，這種結(jié)構(gòu)方式主要是為了消除軌道基礎(chǔ)不平對(duì)個(gè)別車輪組輪壓不均的現(xiàn)象而設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場使用這種固定方式現(xiàn)場應(yīng)用很不理想，經(jīng)常發(fā)生襯套脫落及襯套擠壓變形后無法拆卸的情況。

（2）通過拆解的部件檢查發(fā)現(xiàn)，鉸接軸及襯套兩側(cè)接觸點(diǎn)發(fā)生嚴(yán)重磨損，原設(shè)計(jì)襯套無潤滑油路設(shè)計(jì)，使用過程中不能夠?qū)σr套與鉸接軸的接觸點(diǎn)進(jìn)行潤滑，接觸摩擦部位長期處于干摩擦狀態(tài)導(dǎo)致了快速的磨損，隨著磨損量不斷加大，造成鉸接軸配合部位間隙變大，小車軌距處于不穩(wěn)定狀態(tài)導(dǎo)致主小車車輪組啃軌后輪緣快速磨損。

（3）因主梁焊接制造誤差，鉸接軸一側(cè)軸端使用3個(gè)M20×50mm 壓緊擋板使一端固定，由于主、副端梁連接通過調(diào)整環(huán)調(diào)整并存在一些的安裝間隙，在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生一定的橫向位移，造成螺栓斷裂后擋板的脫落，導(dǎo)致一側(cè)擋板固定失效。

圖2 軸套裝配固定圖

（4）鉸接銷軸另一側(cè)采用水平對(duì)稱卡板方式固定，因銷軸在實(shí)際運(yùn)行過程拉壓應(yīng)力的作用下會(huì)產(chǎn)滾動(dòng)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生固定螺栓被卡板切斷的現(xiàn)象。當(dāng)卡板發(fā)生固定失效，銷軸會(huì)沿軸向水平竄出，如果點(diǎn)檢不到位會(huì)造成嚴(yán)重的主梁與副梁連接點(diǎn)脫開的嚴(yán)重設(shè)備事故。

3 改進(jìn)設(shè)計(jì)措施實(shí)施

分析認(rèn)為原鉸接設(shè)計(jì)方式限制了鉸接點(diǎn)連接方式的徹底技術(shù)改造，為此決定對(duì)銷軸的兩端軸端結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部改造，消除軸端固定失效的事故隱患，同時(shí)通過增加襯套的潤滑方式，以延長襯套及鉸接銷軸的在線使用壽命。

3.1 改進(jìn)設(shè)計(jì)中需重點(diǎn)考慮解決的問題

（1）將原騎縫螺栓固定襯套方式改為兩側(cè)擋塊固定方式，以解決襯套使用過程中脫落及無法拆卸更換的問題。

（2）為了減少襯套對(duì)銷軸的接觸摩擦，將原設(shè)計(jì)中的鋼制襯套改為自潤滑軸套設(shè)計(jì)。

（3）為消除鉸接銷軸在使用過程中的滾動(dòng)對(duì)水平卡板螺栓的剪切作用力，對(duì)卡板一側(cè)的卡槽改進(jìn)設(shè)計(jì)。在不增加現(xiàn)有銷軸備件費(fèi)用采購的前提下對(duì)銷軸進(jìn)行局部改進(jìn)，改進(jìn)軸端擋板及銷軸卡槽結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種新的兩端固定連接方式，解決了軸端擋板一側(cè)壓緊固定方式螺栓連接強(qiáng)度較低的問題。

3.2 具體改進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)施過程

查閱相關(guān)技術(shù)資料，并對(duì)現(xiàn)場儲(chǔ)備備件進(jìn)行了測繪，綜合改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，繪制改造技術(shù)圖并制作了加工備件，現(xiàn)場安裝了制作的加工件，完成了鉸接銷軸固定方式的技術(shù)改造。

3.2.1 改進(jìn)襯套固定方式

因襯套與副主梁配合孔為過渡配合，為了解決騎縫螺栓固定襯套的不可靠性，現(xiàn)場改為兩側(cè)擋塊固定，襯套安裝到位后，沿圓周方向120°均布3處擋塊安裝，使用螺栓緊固擋塊，防止襯套軸向竄出。襯套檢修更換作業(yè)時(shí)，只需拆卸擋塊，即可輕松將襯套輕松取出。

3.2.2 軸套潤滑方式改進(jìn)設(shè)計(jì)

由于原設(shè)計(jì)軸套為鋼制襯套，且與銷軸硬度相當(dāng)，并不具備自潤滑功能，銷軸與襯套磨損程度相當(dāng)。改進(jìn)設(shè)計(jì)襯套優(yōu)先選用Q235 材質(zhì)，降低襯套硬度，并增加石墨碳棒潤滑劑自潤滑結(jié)構(gòu)形式，使襯套相對(duì)銷軸成為易損件（見圖3），消除銷軸滾動(dòng)及接觸摩擦產(chǎn)生的銷軸磨損損傷，提高銷軸在線使用壽命。

3.2.3 改進(jìn)設(shè)計(jì)銷軸固定方式

圖3 改進(jìn)設(shè)計(jì)襯套為自潤滑結(jié)構(gòu)形式

圖4所示，原設(shè)計(jì)鉸接銷軸為一端在圓周方向平行且對(duì)稱于軸線水平開槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：銷軸裝配到位后，一端使用卡板與軸固定，防止銷軸退出及轉(zhuǎn)動(dòng)；另一端使用軸端擋板定位，用3-M20X50mm 高強(qiáng)度螺栓與銷軸端面壓緊連接固定防止銷軸退出。

圖4 鉸接銷軸原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式簡圖

圖5 鉸接銷軸改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式簡圖

圖5所示，改進(jìn)后的軸端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因受原銷軸長度尺寸限制，對(duì)原銷軸軸端結(jié)構(gòu)形式改進(jìn)設(shè)計(jì)，現(xiàn)場繪圖加工制作了圖示件1 軸端延長結(jié)構(gòu)，為了保證接長軸與原銷軸的同心度，采用凸緣凹槽自扣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使用M30X50 8.8 級(jí)高強(qiáng)度螺栓與原銷軸連接，并將兩端的在圓周方向平行且對(duì)稱于軸線水平開槽的結(jié)構(gòu)改為環(huán)槽結(jié)構(gòu)，消除銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)卡板固定螺栓的剪切作用，并設(shè)計(jì)繪圖加工制作了圓環(huán)擋板連接結(jié)構(gòu)（見圖6）。

圖6 改進(jìn)原設(shè)計(jì)端板固定為圓環(huán)卡板固定加工制作圖

改進(jìn)設(shè)計(jì)后的端梁鉸接軸裝配圖如圖7所示。

圖7 改進(jìn)設(shè)計(jì)后端梁鉸接裝配圖

4 實(shí)施效果

通過對(duì)起重機(jī)端梁鉸接軸聯(lián)接固定結(jié)構(gòu)的局部改進(jìn)，在現(xiàn)場安裝并投入使用，現(xiàn)場運(yùn)行實(shí)踐驗(yàn)證：消除了固定卡板及端板固定螺栓斷裂后銷軸退出的隱患以及軸端擋板墜落的風(fēng)險(xiǎn)；將設(shè)計(jì)襯套改為自潤滑結(jié)構(gòu)形式，消除銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)及接觸摩擦產(chǎn)生的銷軸及襯套磨損損傷，提高銷軸在線使用壽命3 倍以上，達(dá)到了預(yù)期的改進(jìn)設(shè)計(jì)效果。