皮带机配重上改向滚筒改造

[摘要]为了降低原皮带机配重上改向滚筒故障率，提高生产效率，特提出此改造方案，该改造方案包括：将原来配重上改向滚筒轴由原来Φ180mm加粗至Φ220mm；将原来锁紧轴承方式改为热装轴承方式，并将轴承和轴承座增大。改造后的设备运行稳定无任何故障，达到并超过了预期效果，在港口生产中起到了关键作用。

[关键词] 4400t/h 皮带机改向滚筒轴承

中图分类号：U653.92 文献标识码：A 文章编号：

近年来，我部所属的三条 4400T/H 高架机和三台堆料机，在作业过程中，配重上改向滚筒频繁出现窜轴、轴承、锁紧套损坏发热甚至引起轴承座着火的事故。经过在现场打开轴承座上盖后发现，轴承锁紧套上锁母已经完全脱落，轴承保持架损坏，滚珠已经窜出，更有严重者滚筒轴由原来的Φ180mm磨损到只剩Φ140mm左右了。后经过更换锁紧套或者更换新滚筒后恢复正常作业，但仍给我部的生产带来设备安全和火灾隐患。到目前为止，高架机和堆料机配重上改向滚筒每年都会发生 3-5次轴承窜轴故障，轴承座发热或者起火事故，而且随着港口生产任务的增加，皮带机和堆料机作业量的不断增加，其危险程度也将增大，因此，尽快解决这一问题已是迫在眉睫。

1 原因分析

皮带机配重上改向滚筒主要承受配重的质量和皮带启动时皮带所带来的冲击力，配重的重量约为17T。配重上改向滚筒轴径为Φ180mm，滚筒轴承为锁紧形式，其型号为23140K，锁紧套型号为H3140，滚筒图如图1 所示。使用部位为翻车机地面皮带机配重滚筒上方的前、后改向滚筒，如图2 所示。

我们首先对滚筒轴承受力进行分析。滚动轴承在运转时，可能出现各种类型的失效形式，但是套圈和滚动体表面的疲劳点蚀是滚动轴承的一种最基本和常见的失效形式，也是通常作为滚动轴承寿命计算的依据。轴承发生点蚀破坏后，在运转时通常会出现较强的振动、噪声和发热现象。

滚动轴承的寿命是指轴承的滚动体或套圈首次出现点蚀之前，轴承的转数或相应的运转小时数。滚动轴承的承载能力计算主要是指轴承的寿命计算。该轴承损伤部位呈现出较明显的疲劳断裂特征，在断裂表面外部有较旧的断裂面，而中心区域为新的断裂面，即瞬断面。根据这些现象，以及该轴承的实际工况及受力情况，我们初步分析该轴承可能存在强度偏低的问题，并对该轴进行力学分析，如图3所示。

在正常空载时，其力学计算如下：

已知：地面皮带机P = 1710 kW

电机转速为：W = 990 r/min

皮带带速为：V = 5.6 m/s

爬坡高度度为：39.4m；α= 90°

根据： P = FV 可得： F = P / V

F = 305 kN

又可知悬皮配重 G = 17 T

可得： F合 = （F +G/2 ）×2×cos（a）= 627 kN

而且滚筒轴承转速很快，启动时冲击比较大，故选轴承静强度安全系数 S? = 2，则可得额定静载荷为： F 合×S? = 627×2=1250 kN，根据手册可知，原轴承23140K 的额定动载荷为 910 kN，额定静载荷为2014 kN。故在正常空载转动时滚筒轴承是满足要求的

由手册克制，额定动载荷 Cr = 910 kN，额定静载荷 Cor = 2014 kN，则皮带机正常工作时配重滚筒受力力学计算如下，根据上面已经计算得知：

F = = 305 kN

悬皮配重 G = 17 T

又可知正常工作时皮带上煤的重量大约为：220 T

可得： F 合 = （F +G/2 + 220）×2×cos（a）= 1027kN

而且滚筒轴承转速很快，启动时冲击比较大，故选轴承静强度安全系数S0 = 2，则可得 F 合×S0 =1067×2 = 2134 kN，根据手册可知，原轴承 23140K的额定动载荷为910 kN，额定静载荷为2014 kN。故F合×S0 = 2134 kN > 2014 kN，在正常作业满载转动时，滚筒轴承是不满足要求的。

经过上面计算得知滚筒轴偏细，导致轴承和锁紧套较小，不能承受由配重引起的冲击载荷，导致轴承寿命降低，时间一长就会导致窜轴、轴承、锁紧套损坏、轴承座体发热甚至引起火灾等事故。

2 改造方案

当事故发生后，我部技术人员认真分析原因，仔细查阅相关图纸资料，并多次到现场查看情况，并根据上面计算分析结果，最后决定对 R1、R3 配重上改向滚筒进行技术改造，具体方案为：保持原来的中心距不变，将滚筒轴径由原来的Φ180mm改为Φ220mm，锁紧套去掉不用，同时轴承也由原来的23140K改变为热装轴承23148CK/W33，轴承座改为热装轴承的轴承座并且眼距由原来的长520mm，宽105mm 改为长720mm，宽 140mm。经过计算可知，轴承 23148CK/W33 满足取料机冲击载荷和静载荷要求。改造后的滚筒如图 4 所示。

3 施工方案

首先，将该皮带机停止作业，拉下急停开关，在电气室断掉皮带驱动电机控制柜主电源，合上接地刀。然后，拆除配重上改向滚筒两边的罩子和妨碍施工的附属设施。用四个5吨导链将皮带机的配重打起，将滚筒的紧固螺栓松开，接着将滚筒轴承座的一侧的调节螺栓松开。用3吨导链将皮带拉离滚筒，用导链、钢丝绳、吊车共同配合将旧滚筒卸下，然后量新滚筒轴承座中心距和固定螺孔距离位置，重新在固定轴承座的臂架梁上打孔。用吊车将新的滚筒吊到滚筒位置。在用导链、和钢丝绳与吊车配合将滚筒安装的滚筒位置。接着紧固滚筒轴承座的调节螺栓。紧固滚筒轴承座的紧固螺栓，并先不拧紧，先用塞尺测量滚筒轴承座的迷宫间隙是否满足标准。然后待调整完成后，将滚筒轴承座的紧固螺栓拧紧。接着将滚筒打油，并将打配重的导链松开，在电气室恢复驱动电机控制柜主电源，与中控确认故障情况，确认维修人员安全撤离后恢复皮带机的急停拉绳。最后试车、观察滚筒两端轴承座的温度。更换堆料机悬皮配重滚筒时，准备工作是先将单机开到堆场最东端锚固位置，单机锚固，并把回转也锚固好，在电气室断掉悬皮电机控制柜电源，并得到司机的确认，施工方式与地面皮带机相同。

4 结束语

通过此次改造解决了设备的重大安全隐患，年效益约28万元，在施工过程中，未发生任何问题，比计划提前1天完成，且竣工资料完整，非常符合要求，改造验收一次性成功，改造后的设备运行稳定无任何故障，达到并超过了预期，在港口生产中起到了关键作用。

参考文献：

[1]陆海龙. 斗轮堆取料机改向滚筒的改进[A]. 广西：广西电机

工程学会第九届青年学术论坛论文集[C]，2006.

[2] 闻邦椿. 机械设计手册[M]. 北京：机械工业出版社，2010.

[3] 秦保新，李刚，李奉生. 堆料机受料皮带机配重设计及使用[J]. 设备管理与维修， 2011，（S1）：191-194.

[4]ZJT1A-96带式输送机设计选用手册/机械工业部设计单位联合设计组编.-郑州黄河水利出版社，1998.9

作者简介：陈建立（1981-），男，河北沧州人，助理程师，主要从事港口大型机械的操作使用与维修保养工作。