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        道岔清篩機(jī)挖掘鏈用鏈輪研制

        2021-09-16 07:23:10岳文斌張錦權(quán)劉勇濤唐國強(qiáng)
        軌道交通裝備與技術(shù) 2021年4期
        關(guān)鍵詞:篩機(jī)節(jié)距鏈輪

        岳文斌 陳 煒 張錦權(quán) 劉勇濤 唐國強(qiáng)

        (常州市瑞泰工程機(jī)械有限公司 江蘇 常州 213011)

        道岔清篩機(jī)是鐵路大修作業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備之一,其良好的作業(yè)性能有助于清篩作業(yè)質(zhì)量的提高。道岔清篩機(jī)在工作時(shí)由挖掘系統(tǒng)對道砟進(jìn)行清篩。挖掘系統(tǒng)主要由挖掘桿、挖掘鏈、導(dǎo)槽與鏈輪組成,鏈輪驅(qū)動挖掘鏈沿導(dǎo)槽環(huán)形運(yùn)動,故鏈輪與鏈條嚙合性能的好壞直接影響著清篩機(jī)的作業(yè)質(zhì)量。

        由于惡劣的清篩作業(yè)環(huán)境,使用不等節(jié)距設(shè)計(jì)的鏈傳動機(jī)構(gòu)可以降低對鏈輪鏈條的裝配精度要求,提高挖掘鏈的使用壽命。然而目前國際上并沒有相關(guān)鏈傳動的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方法。為此,本文在實(shí)踐的基礎(chǔ)上結(jié)合相關(guān)資料,對不等節(jié)距鏈輪設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析探討。

        1 原理設(shè)計(jì)

        1.1 鏈條結(jié)構(gòu)分析

        道岔清篩機(jī)挖掘鏈由鏈板、耙齒、中間體和鏈銷組成,如圖1所示。該鏈條結(jié)構(gòu)簡單,易于現(xiàn)場拆裝,采用雙節(jié)距形式,其中節(jié)距T1=73 mm,T2=89 mm。

        1.2 鏈輪結(jié)構(gòu)分析

        1.2.1節(jié)圓計(jì)算公式

        目前國際上并沒有針對不等節(jié)距鏈輪鏈條的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方法,閔德仁[1]給出了雙節(jié)距鏈傳動的節(jié)圓直徑設(shè)計(jì)公式,本文在此基礎(chǔ)上,考慮節(jié)距補(bǔ)償系數(shù),設(shè)計(jì)了一種鏈輪與鏈條對應(yīng)節(jié)距不相等的鏈傳動,鏈輪鏈條嚙合圖如圖2所示,對鏈輪節(jié)圓公式進(jìn)行推導(dǎo)。

        1—鏈板;2—耙齒;3—中間體;4—鏈銷。圖1 道岔清篩機(jī)挖掘鏈

        圖2 鏈輪鏈條嚙合圖

        已知圖中t1與t2為鏈輪節(jié)距,AB⊥AO,BC⊥AD,e為節(jié)距補(bǔ)償系數(shù),其中t1≠T1、t2≠T2。

        已知A為鏈輪節(jié)距中點(diǎn),D0為節(jié)圓直徑,由圖可得:

        (1)

        由于sinα未知,現(xiàn)將其進(jìn)行轉(zhuǎn)化

        (2)

        將該式代入式(2),結(jié)合式(1)可得

        (3)

        1.2.2鏈輪節(jié)距修正

        本文中取Z=6,t1=T1+e=73+e,t2=T2-e=89-e。

        最終得到

        (4)

        根據(jù)公式(4),可以得到節(jié)距補(bǔ)償間隙e與基圓D0的函數(shù)關(guān)系圖,如圖3所示。

        圖3 節(jié)距補(bǔ)償間隙e與基圓D0的函數(shù)關(guān)系圖

        可以看出節(jié)距補(bǔ)償間隙的選取對節(jié)圓大小并無顯著影響。但考慮到清篩作業(yè)惡劣的作業(yè)環(huán)境,以及挖掘鏈在長期使用過程中會因拉長變形導(dǎo)致脫鏈,選取恰當(dāng)?shù)膃值,可以降低鏈輪鏈條對裝配精度的要求,保證清篩作業(yè)正常進(jìn)行。

        根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),本文取e=3 mm,此時(shí)計(jì)算得出D0=313 mm。

        1.3 鏈傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真

        由于該鏈傳動機(jī)構(gòu)為非標(biāo)設(shè)計(jì),故在完成鏈輪齒形設(shè)計(jì)后需要進(jìn)行運(yùn)動仿真,以判斷其嚙合特性[2-3]。鏈輪鏈條仿真模型如圖4所示,其中一只鏈輪設(shè)置為主動鏈輪,另一只設(shè)置為從動鏈輪。整體仿真時(shí)間設(shè)計(jì)為2 s,各時(shí)間段主動鏈輪運(yùn)動參數(shù)設(shè)置如表1所示。

        表1 仿真運(yùn)動參數(shù)設(shè)置

        圖4 鏈輪鏈條運(yùn)動仿真截圖

        仿真完成后,得到鏈輪鏈條傳動系統(tǒng)中各零部件的運(yùn)動曲線。某節(jié)鏈條在仿真過程中的速度曲線如圖5所示,從圖中可以看出,該鏈節(jié)在整個(gè)運(yùn)動周期經(jīng)歷了加速、勻速與減速階段,與實(shí)際情況吻合,驗(yàn)證了鏈輪設(shè)計(jì)的合理性。

        圖5 某鏈節(jié)在運(yùn)動方向的速度曲線

        2 樣機(jī)研制

        清篩機(jī)鏈傳動機(jī)構(gòu)在進(jìn)行挖掘作業(yè)時(shí),長期保持與道砟接觸,摩擦磨損嚴(yán)重,加之受到道砟板結(jié)、枕底異物帶來的沖擊,挖掘鏈輪具有一定的斷裂風(fēng)險(xiǎn),影響施工安全。因此,鏈輪在制造時(shí),選材應(yīng)綜合考慮硬度、強(qiáng)度,并具有良好的塑性與韌性。

        2.1 鏈輪受力仿真

        根據(jù)已知整機(jī)工況參數(shù),在清篩機(jī)工作時(shí),挖掘鏈?zhǔn)艿降淖畲罄?2 kN。

        對鏈輪內(nèi)圈固定并在齒部施加最大拉力后,經(jīng)仿真計(jì)算得到鏈輪應(yīng)力云圖,如圖6所示??梢钥闯鲦溳喫茏畲髴?yīng)力為135 MPa。

        2.2 鏈輪研制

        由前文分析可知,鏈輪的選材具有較高的綜合性能要求,在提高耐磨性的同時(shí)需保證其具有良好的塑性及韌性,避免沖擊斷裂。

        本文鏈輪選用合金結(jié)構(gòu)鋼進(jìn)行制造,鏈輪整體屈服強(qiáng)度大于880 MPa,并在齒形加工完成后對齒面進(jìn)行表面硬化與噴丸強(qiáng)化以提高其耐磨性。鏈輪實(shí)物如圖7所示。

        圖6 鏈輪應(yīng)力云圖 圖7 鏈輪實(shí)物圖

        3 裝車試用

        目前,本文研制的鏈輪已于2019年8月裝車(見圖8),現(xiàn)已完成現(xiàn)場試驗(yàn),如圖9所示。試驗(yàn)證明該鏈輪作業(yè)性能穩(wěn)定,與挖掘鏈配合良好,滿足設(shè)計(jì)要求。

        圖8 鏈輪現(xiàn)場試用圖

        圖9 鏈輪使用情況圖

        4 結(jié)論

        本文以某型號道岔清篩機(jī)鏈傳動機(jī)構(gòu)為研究對象,研究設(shè)計(jì)了一種不等節(jié)距鏈傳動鏈輪,經(jīng)現(xiàn)場裝車試用,其可與挖掘鏈正確嚙合,裝配于整機(jī)實(shí)現(xiàn)挖掘道砟的功能,裝車試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。

        該鏈輪的成功應(yīng)用,解決了一種非標(biāo)鏈傳動的設(shè)計(jì)難題,提高了道岔清篩機(jī)配件的國產(chǎn)化率,具有一定的工程實(shí)用價(jià)值。

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