揚升機設計與制造中的問題分析及解決方案

劉同增

(山東軍輝建設集團有限公司，山東 肥城 271602)

揚升機設計與制造中的問題分析及解決方案

劉同增

(山東軍輝建設集團有限公司，山東 肥城 271602)

本文介紹了谷朊粉生產關鍵設備之一，揚升機的結構、工作原理，對轉子的零部件關鍵加工工序和裝配工序進行技術分析，闡述了設備制造過程關鍵技術和質量保證措施。

谷朊粉；揚升機；轉子；主軸；葉片；動平衡；技術分析；關鍵工序；質量；措施

谷朊粉俗稱面筋粉，是以小麥為原料，經過深加工提取出來的淡黃色粉狀的營養(yǎng)豐富的植物蛋白，它具有粘彈性、吸水性、延伸性、成膜性和吸脂性等特點，在食品、飼料、化工等行業(yè)有廣泛的用途。從小麥中提取谷朊粉時，同時生產淀粉，常用的工藝方法有馬丁法(面團法)、巴特法和三相臥螺法等，國內常用的是馬丁法，加工過程分為和面、清洗淀粉、干燥面筋、淀粉提純和淀粉干燥等步驟。

1 揚升機的主要用途、結構特點及可能出現(xiàn)的問題

在谷朊粉生產中，揚升機作為關鍵的非標設備之一，主要用于脫水后的谷朊粉破碎，并將破碎后的物料拋向干燥管道。揚升機由電機、變速傳動部分(帶輪及三角帶)、軸承及軸承座、轉子、機殼、機架等部分組成，其中轉子是揚升機的關鍵部件，它是由26個葉片、主軸、鎖緊螺母和鎖緊墊片等組成。組裝成型后的轉子最大直徑為∮1686mm，質量達1141kg，轉速500r/min，為保證設備的運行平穩(wěn)，降低噪音，提高軸承使用壽命，轉子的動平衡非常重要，但由于轉子直徑大、質量重，所需動平衡試驗機的規(guī)格尺寸要求較大，周圍外協(xié)單位中沒有滿足其要求的動平衡試驗機。由于如此大規(guī)格的動平衡試驗機使用頻率很低，企業(yè)不可能自備，因此必須從設計、制造和裝配上，盡量解決質量平衡問題，來滿足轉子的動平衡要求。

2 從設計、制造、裝配和經濟可行性角度分析造成不平衡的原因

軸上零件一般常用鍵來實現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定以傳遞轉矩。鍵連接分為一般鍵(平鍵、半圓鍵、楔鍵、導向鍵)聯(lián)接、花鍵聯(lián)接、無鍵聯(lián)接(分為型面聯(lián)接和脹緊聯(lián)接)、過盈聯(lián)接。平鍵聯(lián)接是常用的聯(lián)接方式，軸上鍵槽常采用銑床加工，輪轂中的鍵槽采用刨床或插床加工，加工成本較低；花鍵連接用于同心度要求較高的場合，花鍵軸加工主要采用：滾切法(在花鍵軸銑床或滾齒機上用花鍵刀加工)；銑削法(用專用銑刀在銑床上銑削)；磨削法(用成型砂輪在花鍵軸磨床上磨削)。花鍵孔加工主要有：插削法(在插床上用成型插刀插削)；拉削法(在拉床上用專用拉刀拉削)；磨削法(小直徑成型砂輪在花鍵孔磨床上磨削)?；ㄦI槽加工需采用專用機床和刀具，加工成本高。型面連接是輪轂與軸沿光滑非圓平面接觸而構成的聯(lián)接，軸和轂孔為柱形或錐形，型面連接的優(yōu)點是結構簡單，裝拆方便，可傳遞較大力矩，缺點是加工困難，需在專用機床上進行磨削加工，才能保證裝配精度。

此轉子是由26個長條形葉片穿在主軸上，用鎖緊墊圈和螺母壓緊組成，葉片由厚度25 mm的錳鋼板通過切割、機加工制作而成，組裝時每個相鄰葉片安裝角度錯開120°，一般情況下采用普通平鍵連接，每組中三個葉片的鍵槽需錯開120°，由于每個葉片的質量在圓周上不是均勻分布的，且因加工精度原因也很難保證葉片質量對稱，鍵槽的錯開角度也會因分度測量基準確定困難造成加工誤差，因此每組葉片質量在圓周上很難均勻分布。

3 從設計、制造和裝配角度確定結構改進的措施

根據轉子葉片多片疊加穿裝的結構特點，參照花鍵聯(lián)接的優(yōu)點和無鍵聯(lián)接中的型面聯(lián)接特點，結合現(xiàn)有設備加工能力，對軸與葉片的連接做以下調整。

3.1 軸和葉片連接方式調整

將軸與葉片配合的圓柱部分對稱設置六個平面，同時每兩個相鄰平面之間仍保留部分圓弧(原設計圓柱面部分)，即定心仍然用原來的圓柱面，保證葉片中心孔與主軸同心。新設置的平面一是用來對葉片在圓周方向角度定位，二是用來傳遞扭矩，圓弧與平面間倒角；葉片內孔形狀按此方案調整，圓弧面與平面間采用R1.5～2的圓角過渡，避免應力集中，軸的圓弧面(原圓柱面部分)與葉片內孔圓弧部分采用IT6～7級過渡配合，考慮軸上六個平面和葉片內孔的加工形位誤差的影響，采用間隙配合。

圖1 葉片示意圖

3.2 葉片數量調整

為了保證質量平衡，根據葉片的安裝特點將葉片數量調整為九組共27片，相鄰葉片旋轉120°，每三片組成一組在圓周上形成一個循環(huán)，使轉子在理論上形成一個質量平衡結構。

4 轉子關鍵零部件關鍵加工工序控制

轉子的關鍵零部件的是主軸和葉片。

4.1 主軸加工關鍵工序—六個對稱平面加工控制

軸的粗加工、半精加工、調質和精加工及磨削等為一般加工工序，關鍵工序是對于軸上六個平面加工，必須保證形位公差即六個平面的分度精度及各相對平面與軸中心的對稱，否則將導致裝配困難甚至無法裝配。六個平面在萬能銑床上用分度頭分度并銑削加工，分度時應使分度頭沿同一方向轉動，嚴禁分度時分度頭倒轉，防止分度頭齒輪間隙對分度和加工產生影響。平面加工時應該以軸中心為計算基準，做好測量和計算工作，保證兩對稱平面相對于主軸中心對稱。

4.2 葉片加工關鍵工序—葉片內孔的加工控制

葉片內孔有六段圓弧面和六個平面組成，可采用的加工方法是刨削、插削或電火花線切割加工。由于內孔形狀特殊性和精度要求高，刨削和插削不易滿足精度要求，結合企業(yè)設備能力采用電火花線切割進行加工。

電火花線切割常用于沖壓模具的切割加工，加工質量主要表現(xiàn)在表面粗糙度、加工精度和工件變形程度三個方面。由于模具的要求精度和粗糙度一般低于裝配零件要求，線切割的精度能夠滿足模具的使用要求，但對于較精密的裝配件，需采取措施提高線切割工件的精度和粗糙度。

影響線切割加工質量的因素主要是：機床性能、材料性能、工藝參數、工藝路線和方法、操作人員水平等。工件精度和表面粗糙度主要取決于電火花線切割加工的切割速度、脈沖電源參數及加工工作液性能等。切割速度越快，切割表面越粗糙。對于模具加工，為了提高效率采用較高的走絲速度，但對于需要裝配的零件應適當降低走絲速度，以獲得較好的表面粗糙度和較高的精度。對于加工表面粗糙度和加工精度要求比較高的工件 ,工作液濃度可適當大些。降低工作液電阻率和控制脈沖電源電壓使切縫寬度控制在一定范圍內都可以提高切縫的垂直精度。定位方法有以孔為基準和以工件的端面為基準兩種方法。以孔為基準時 ,如果所加工的工藝(穿絲)孔的精度差 ,那么工件在加工前的定位已不準 ,被加工部分的位置精度自然也就不符合精度要求 ,所以加工工藝孔時必須確保其位置精度和尺寸精度，因此要求工藝孔在具有較精密坐標工作臺的機床上進行加工。為了保證孔徑尺寸精度 ,工藝孔一般采用鉆鉸、鉆鏜或鉆車等較精密的加工方法。工藝孔的位置精度和尺寸精度 ,一般不低于工件的要求精度。

保證加工質量首先應根據工件質量要求和機床性能選擇合適的慢走絲的線切割機床，應通過對影響電火花線切割加工質量的各種因素進行綜合分析，提出相應的提高加工質量的可行方法，確定合理的工藝方案，選派技術好責任心強的操作人員，提高線切割的加工質量和加工效率。

5 葉片的加工工序

葉片采用數控火焰切割機切割外形，留合適加工余量，清理打磨完畢后每三個葉片為一組電焊在一起，劃線配鉆四個銷軸孔，用四個銷軸螺栓定位連接，按圖紙要求尺寸在萬能銑床上銑削外形。劃線鉆鉸葉片內孔加工用穿絲孔，葉片內孔用電火花線切割加工，用油石修磨內孔至要求粗糙度，為便于裝配，孔端面修磨倒角。

6 轉子裝配

根據葉片的加工特點，葉片在裝配時的順序控制非常重要。每組葉片拆開時必須做好方向和正反面標記，裝配時同組中的每個葉片相對于前一個葉片旋轉120°，每三個葉片為一組，在圓周上形成一個循環(huán)，特別注意方向和正反面，嚴禁裝反，保證相同形狀的葉片在圓周上均與分布。一組葉片裝配完成后才能裝下一組，不得混裝，保證每組葉片質量在圓周上均勻分布。轉子裝配完畢后，只得垂直放置或以軸為支點放置，轉子嚴禁斜放以防葉片受力變形。在裝配軸承等工序時也必須有防止葉片受力變形的措施。

7 結束語

通過對轉子設計的改進和對轉子零部件從制造、裝配工序的嚴格控制，降低了制造成本，同時保證了產品質量。

機械設備的質量首先應從設計上保證，根據設備的使用條件和制造工藝條件選擇經濟合理的結構，其次制造者應了解機械設備的性能，充分理解設計者的意圖，嚴格按照制造和裝配工藝操作，嚴格工序質量控制，及時與設計者溝通反饋信息，必要時調整方案，確保設備質量。

[1] 吳宗澤.機械設計師手冊(上、下冊)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002.

[2] 傅建軍.模具制造工藝[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004.

[3] 陳家芳.實用機械工人切削手冊[M].南京:江蘇科學技術出版社,2007.

(本文文獻格式：劉同增.揚升機設計與制造中的問題分析及解決方案[J].山東化工,2017,46(11):139-140.)

2017-04-08

劉同增(1965—)，男，山東肥城人，工程師，主要從事化工相關機械設備的工藝與技術工作三十年。

TQ051.9

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