原料場單斗輪取料機(jī)備件長壽研究與應(yīng)用

侯春祥

（河鋼邯鋼集團(tuán)物流公司，河北 邯鄲 056000）

單斗輪取料機(jī)做為鋼鐵企業(yè)原料場主要的設(shè)備，由于本身作業(yè)率較高，設(shè)備磨損和損耗較大，特別是設(shè)備部件大部分非標(biāo)且費用高，其更換維護(hù)相對于膠帶機(jī)等設(shè)備比較困難，因此在日常維護(hù)、檢修等工作量中占很大比例，以邯鋼原料場為例，其維護(hù)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(jì)競爭嚴(yán)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(shù)人員針對單斗輪取料機(jī)常用備件（如車輪組、斗子、斗輪體、溜槽等）的使用壽命增加進(jìn)行了探索研究，取得了明顯效果。

1 取料機(jī)取料斗的長壽命改進(jìn)

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(shè)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(jī)作業(yè)效率影響較大。因此我們針對斗子進(jìn)行長時間的研究優(yōu)化。

1.1 斗子主體鋼板材質(zhì)的改進(jìn)

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

幾種鋼板的應(yīng)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(jī)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(yán)重，需要繼續(xù)探索更好的材料[2]。

（3）隨著鋼鐵技術(shù)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(xué)成分見下表），具有相當(dāng)高的機(jī)械強度，其機(jī)械性能是普通合金鋼板的3 倍到5 倍，其硬度（HB）可達(dá)360-430，可顯著提高機(jī)械相關(guān)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(jié)構(gòu)的長壽命改進(jìn)

（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(jìn)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(jìn)行了加厚處理，兩側(cè)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(jìn)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(cè)（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(jié)構(gòu)設(shè)計，有效的解決了這一問題：根據(jù)斗子磨損情況和機(jī)理，我們在斗子兩側(cè)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(cè)磨損

表1 NM400 牌號和化學(xué)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(gòu)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(dāng)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(chǎn)生非常強烈的脆性，使堆焊合金產(chǎn)生非常理想的耐磨性。根據(jù)我們多次跟蹤改進(jìn)，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(jìn)（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(shè)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(jìn)圖

2 行走車輪組的長壽改進(jìn)

車輪組作為堆取料機(jī)設(shè)備最為關(guān)鍵的備件之一，不僅對整車的運行穩(wěn)定性至關(guān)重要，而且一旦出現(xiàn)故障，嚴(yán)重情況下可導(dǎo)致整機(jī)傾斜等惡劣事故，事故恢復(fù)困難。由于料場的逐步大型化和設(shè)備取料能力不斷提高，設(shè)備自重也越來越重。為了配套主機(jī)設(shè)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(jī)的車輪組在30 組以上，堆料機(jī)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(jī)軌道的基礎(chǔ)多為道砟基礎(chǔ)，隨著使用時間的增長，其基礎(chǔ)沉降和軌道形變磨損等逐漸嚴(yán)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(hù)量十分巨大，備件消耗也十分嚴(yán)重。

鑒于上述原因，我們對車輪組進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)：

（1）考慮到備件綜合性價比，我們選用了35SiMn鋼，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。35SiMn鋼是一種性能較好、比較經(jīng)濟(jì)的合金調(diào)質(zhì)鋼，鋼的淬透性好，在水中臨界淬透直徑達(dá)24mm～47.5mm，在油中臨界淬透直徑達(dá)11～27.5mm，調(diào)質(zhì)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(zhì)方面綜合性價比比較困難的情況下，我們對車輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，主要對車輪輪沿厚度進(jìn)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(nèi)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(jìn)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(jìn)圖

圖7 改進(jìn)后的行走輪

3 單斗輪取料機(jī)斗輪體的長壽命改進(jìn)

斗輪體為單斗輪取料作業(yè)的關(guān)鍵部件，作業(yè)工況復(fù)雜惡劣，物料沖刷嚴(yán)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(hù)和檢修經(jīng)驗，我們總結(jié)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(qū)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(jìn)物料導(dǎo)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(jìn)行了改進(jìn)。

（2）改進(jìn)軸承座的密封結(jié)構(gòu)，由原來的單密封改進(jìn)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(qū)動端密封改進(jìn)

圖9 斗輪軸驅(qū)動端密封改進(jìn)

（3）增加軸承座防護(hù)罩，減少物料進(jìn)入軸承座的機(jī)會（如圖10，圖11）。

圖10 防止積料的防護(hù)罩

圖11 驅(qū)動側(cè)的軸承座防護(hù)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(jī)潤滑點較遠(yuǎn)，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(jìn)，通過近幾年的軸承開蓋檢查，軸承幾乎沒有再進(jìn)入物料，潤滑效果也很出色。

輪體副板磨損嚴(yán)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(zhì)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(jìn)

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(yīng)改進(jìn)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(jìn)行了加固處理，事實證明這一改進(jìn)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(jìn)以外，我們還對卸料板等部件進(jìn)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(jìn)，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(jìn)示意圖

圖16 實際改進(jìn)效果

4 單斗輪取料機(jī)其他部件備件的改進(jìn)

邯鋼第二料場單斗輪設(shè)備投產(chǎn)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(yán)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(yán)重。臂架為取料機(jī)結(jié)構(gòu)件，其更換更加困難。2018 年大修時，我們對臂架也進(jìn)行了改進(jìn)，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(dǎo)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(dǎo)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(jìn)，詳見我們的論文《輸送機(jī)物料轉(zhuǎn)運點漏斗長壽優(yōu)化研究與應(yīng)用》，發(fā)表在《中國機(jī)械》2020 年第四期，在此不再詳述。對臂皮帶機(jī)尾改向滾筒的改進(jìn)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(yán)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(jìn)料損壞的問題。

原料場各種倉口和溜槽口篦板改進(jìn)可參考我們發(fā)表的論文《原料場料倉和皮帶機(jī)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(jié)語

在單斗輪取料機(jī)諸多改進(jìn)改造項目成功實施的情況下，河鋼邯鋼單斗輪取料機(jī)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(shè)備故障、事故明顯的降低，設(shè)備保持了良好的運行狀態(tài)。