第一篇：錐套和防滑膠板輪帥先在糧機業(yè)的應用

錐套和防滑膠板輪帥先在糧機業(yè)的應用

孫誠敏，趙顯榮，周利民

（1．國家糧食儲備局鄭州科學研究設計院，河南鄭州

450053；

2．河南金谷實業(yè)發(fā)展有限公司，河南鄭州

450012）

摘要：以往，輪與軸以圓柱面結(jié)合。採用動配合時，導致定位松動，輪、軸竄位；採用過渡配合則遭遇裝拆困難；無鍵脹套又因打滑不宜使用。帶鍵錐套的應用，使裝拆無需夯打，一把扳手就可輕松完成。落后的裝配和傷痛永遠成為歷史。

驅(qū)動輪與膠帶的打滑摩擦，是引發(fā)粉塵爆炸的危險因素。過去，輪子面膠硬而脆，與帶子之間極易夾糧和冰雪面，磨損常發(fā)生且不易修復。防滑膠板裝配輪的出現(xiàn)，一切問題迎刃而解。它能自潔，可更換；新工藝既節(jié)約鋼材又節(jié)省工時。新輪具備超強的摩擦力和牽引力，徹底解除了打滑的憂患。

關(guān)鍵詞：圓柱面配合；帶鍵錐套；膠帶打滑；防滑膠板輪

近幾年，隨著國家機械工業(yè)的迅猛發(fā)展，新技術(shù)、新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)，一批科技元件猶如朵朵奇葩，在我們糧機輸送行業(yè)的大花園里競相吐蕊，其中錐套、防滑膠板、油封軸承箱、無觸頭測偏器等幾朵小花，綻放得尤為絢麗耀目。

這里說的錐套，是指利用內(nèi)外錐體的軸向位移以實現(xiàn)與軸抱緊或松開的一種機件。早在八十年代末期，我們就曾對引進設備上的這種錐套作過消化吸收（如圖1）。可是當時，我們的機械制造裝備，對于這種高精度錐面的加工還遠遠不能達到要求。隨著試制的結(jié)束，錐套藍圖即被束之高閣。直到今天，我們才擁有了錐套產(chǎn)品。時光流逝了二十年。

回顧以往，無限感慨。國外的科技不能在我國落地開花，我們依舊默守古老的傳統(tǒng)設計，為圓柱面的結(jié)合困擾，在配合種類上徘徊。

曾有設計者選用動配合，是為檢修裝拆方便，但卻忽視了輸送機械運行不平穩(wěn)的工況。在沖擊載荷和軸向力的作用下，配合間隙迅速擴大，造成定位松動失靈，鍵側(cè)面磨損（俗稱滾鍵），導致輪竄位、軸移動、軸端部輪子打滑甚至脫落。這類故障在不少地方大小工程中，多家的產(chǎn)品都時有發(fā)生。現(xiàn)場檢修，由于諸多因素所限，想拆下來另換新輪，往往難以實現(xiàn)。解決的辦法常常使用一損招，即不惜破壞軸的強度，動用電焊將輪子焊死到軸上。遭此不測，實在有悖設計者的初衷。

也有設計者考慮到定位要可靠，而選用有一定過盈的過渡配合，尤其是k6與m6配

合。本以為很理想的設計，豈料在安裝和拆卸上遇到了不盡的麻煩。當配合出現(xiàn)最大過盈時，需要相當大的壓入力。即使像js 這樣的介于間隙與過盈之間的配合，也常因零件圓柱度及鍵槽超差，都不是用手推或木錘敲，能裝配進去的。糧機制造業(yè)內(nèi)，一般都不具備長軸件裝配的壓力機械，于是裝配一律使用大鐵錘夯打。輸送機運量提高到400直至800噸級，大件的軸與輪轂及軸套，仍然是錘擊裝配。工人常為此付出艱辛的勞動。曾有一件孔徑為180㎜的輪轂與有150㎜長鍵的軸裝配，軸的配合偏差為js6，與孔的最大過盈12.5μm；轂鍵槽孔偏差JS9，與鍵的最大過盈31μm。這是典型的用木錘輕擊即可裝進的過渡配合，裝配過程中卻用大錘夯了3個小時才完成。在毛衣裹身的深秋，工人師傅赤膊揮汗，令人起敬，也讓我們愧疚。

更大的麻煩還出在給減速器安裝傳動輪。輸入軸的油封和軸承，在猛烈的軸向力和振動下，被撕裂、擊碎，造成運轉(zhuǎn)露油、異響直至卡死。這種發(fā)生在試車階段的事例不在少數(shù)。我們反而抱怨減速器質(zhì)量差，不禁用。過失轉(zhuǎn)嫁他人，受害者成了替罪羊。

拆卸之難，更甚于安裝。某廠一臺提升機，頭輪因膠面磨損必須拆下更換。輪軸配合為k7。在現(xiàn)場，窮其拆卸手段，輪子就是“巋然不動”。最后只好請來吊車，把輪子連著軸一起從30余米高的塔架上吊下來。另一臺設備，在車間為更換軸承去拆軸端鏈輪時，卻發(fā)現(xiàn)輪子靠里側(cè)沒有空隙，拔輪器根本無法下爪子。只得費工夫自制土工具，采用笨辦法，使出?；⒅?。假如這事發(fā)生在沒有加工條件的工地，那難就做大了。

到2007年前后，糧食斗提機高度突破60米，小時運量已超過800噸，大型零部件裝配的難題愈加凸現(xiàn)出來。當時下決心再不能停滯在原始的鐵錘裝配時代,必須擯棄圓柱面結(jié)合，另辟溪徑，實現(xiàn)省力的快速裝配與拆卸。于是，塵封多年的圓錐配合思路重新變成藍圖投向制造。此時，與首次試制錐套的年代已相隔了十九個年頭，不少機械加工企業(yè)已有了數(shù)控機床。但是，對于我們這種單件多規(guī)格工件的需求而言，高昂的加工費再一次絆住了我們。

此間,一種圓錐配合的標準件——脹套問世,這種價格適宜又解決了自己加工難題的新型元件,立刻受到我們的青睞。旋即一批脹套聯(lián)接的新輪子造了出來。但很快,就發(fā)現(xiàn)了它的局限性。脹套必須成對使用,由配合件兩端置入孔中。對于緊靠機體的軸端部輪子,因無操作空間無法安裝。尤其遺憾的是,它屬無鍵聯(lián)接,傳遞扭矩全靠錐面的摩擦力,當載荷超重或帶載起動時,就有可能產(chǎn)生錐面打滑傳動失效。在港口卸船和大型倉庫的進倉作業(yè)線上,對這樣的無鍵脹套,我們心有余悸，不敢冒此風險。

當時，還出現(xiàn)一種有鍵錐套，特別適于皮帶輪和鏈輪聯(lián)接。但是，這是一種由外國公

司專賣、全進口的機件，價格之高，我們望而卻步。

我們也試圖與國內(nèi)和外資幾家企業(yè)協(xié)作，開發(fā)帶鍵錐套，經(jīng)多次磋商，均無果而終。年輪飛快轉(zhuǎn)到2009年，超大運量，超長距離的輸送設備即將投產(chǎn)。眼看山窮水盡時，帶鍵錐套出現(xiàn)了，它使特大工件裝配逃過了夯打的厄運。

這種叫做QTL型錐套的元件，其美標名稱為勃郎錐套（外錐），它有一件與之相配的內(nèi)錐，叫QTL型焊接輪轂(如圖2)。另外還有一款錐套名叫BTL型，與QTL不同的是，它的聯(lián)接螺釘不是裝在錐套凸沿上，而是擰在內(nèi)外錐的結(jié)合縫中（即俗稱騎縫）（如圖3）。

這兩種型式的外錐，能很容易地安裝在與之相配合的輪轂內(nèi)錐孔里，擰緊聯(lián)結(jié)螺栓，就使外錐面和內(nèi)孔同時與傳動軸抱緊。卸下錐套也很容易，先卸下聯(lián)結(jié)螺栓，再把它安裝在拆卸螺孔內(nèi)擰緊，就可把錐套從輪轂孔內(nèi)卸下來。兩型錐套有英制和公制規(guī)格，均已標準化，由國內(nèi)專業(yè)機械廠供貨。

當時幾個大工程的設備圖紙和零部件制造正在進行，機件之大十分可觀。有一傳動軸與輪轂結(jié)合處，直徑220㎜，輪轂長210㎜，若按以前采用圓柱面k7配合，最大過盈量高達50μm。與前例對比要把輪轂夯擊到軸上，工人將承受強勞之苦。

采用了QTL-W型錐套后,安裝時對準鍵槽,很輕松地就將其推入到已與輪幅焊好的QTL輪轂孔內(nèi),然后逐個擰緊螺栓。只需一把扳手,裝配就完成了。那么方便，快捷。

還有一批傳動鏈輪，節(jié)距57.15，三排，大輪49齒。按過去常規(guī)設計，輪轂長需300㎜，重量達340kg（如圖4）。若用k6配合，最大過盈28～31μm，相比前例，這樣的裝配絕不是夯3個小時能完成的。那么七臺設備需要夯幾個班呢？

采用單側(cè)安裝BTL錐套后，由于錐面也傳遞扭矩，輪轂寬就減小到150㎜（如圖5）。裝配一下子變得十分輕松。

這批小鏈輪（如圖6）是安裝在減速器輸出軸上，軸偏差m6，最大過盈量35μm。如此之大的過盈，要使近70kg的工件移動210㎜，須施加多么大的夯擊力！所幸的是，這批進口減速器躲過一劫，在錐套作用下（如圖7），輪勿需夯打就輕快裝上，減速器未遭任何損傷。

自此，我們徹底擺脫了長期以來由配合問題帶給我們的苦與痛，裝拆的落后和憂傷永遠地成為歷史。

在2009年與錐套同時綻放的另一支科技之花，就是復合防滑橡膠板。

是年初春，為某工程制作的五臺提升機頭輪，均已裝配到機頭里。堅固的承重臺托著碩大的機頭立在車間，蓄勢待發(fā)。這幾臺設備運量之大，提升之高，在當時都可謂是國內(nèi)

糧食提升機之最。

發(fā)運前夕對它們再次審視。各重要零部件設計已多次復核；頭輪軸的安全系數(shù)通過；牽引帶的張力系數(shù)絕對安全；軸承（進口）的壽命系數(shù)為最大值十年；傳動軸鍵的強度按最壞工況沖擊載荷校核；減速器（進口）的熱功可承受環(huán)境溫度40℃；電機因其功率太大選擇了10千伏的高壓型。這些都可以放心，唯有一處糾結(jié)心頭，那就是頭輪——輪圈上的膠面。

提升機的頭輪，當輸送量大于50t/h時，就需掛膠，為的是提高表面摩擦系數(shù)，防止打滑。一般制法就是到專業(yè)工廠進行硫化，或成光面，或成菱形淺槽紋面。這是在我國從無人質(zhì)疑的傳統(tǒng)工藝。

近年，隨著運量的加大，常有一些廠家的設備發(fā)生啟動障礙，導致電機悶車，液力偶合器過熱噴油。在廣州某港口庫聯(lián)機試運行時，曾出現(xiàn)六臺大型提升機的偶合器噴油。山東某國儲庫發(fā)生偶合器爆油，熾熱的潤滑油冒著白氣，順著機筒向下流淌，工作塔內(nèi)煙霧彌漫，場景恐怖。同樣的例子在多地驚現(xiàn)。在排除了電機功率問題后，首要追究的就是驅(qū)動輪，是輪子的外膠層沒有達到足夠的牽引力。

同時我們還發(fā)現(xiàn)，有的設備實際線速與設計值并不相同，在帶載啟動或超載的瞬間，牽引帶的運行會滯后于轉(zhuǎn)動的頭輪。這個問題引起了我們的警覺。不同步與遲滯，意味著皮帶與輪子之間，存在打滑！

在粉塵飛揚和集積的場所，打滑和摩擦產(chǎn)生的熱量會成為起爆熱源，點燃粉塵，引起粉塵爆炸。對封閉機筒內(nèi)存在高濃度粉塵云的提升機而言，這種打滑，孕育著相當大的危險。

早在上世紀八十年代初，針對在美、日、德、法等國不斷發(fā)生的粉塵爆炸，國外的學者就指出，斗式提升機是谷物筒倉中非常危險的運輸機械，大多數(shù)的粉塵爆炸是發(fā)生在斗式提升機里?！膀?qū)動鼓輪和膠帶的相對摩擦，是著火和爆炸的重要原因”，并認為“要限制摩擦起火，鼓輪的復面起著重要作用”。

1981年底，黃埔新港立筒庫，由斗式提升機引發(fā)了我國首次粉塵爆炸，筒上層及筒頂被摧毀，國內(nèi)受到巨大震動。一些資深專家提醒人們，對斗式提升機、皮帶機的主動輪與皮帶的摩擦打滑，應予以極大的注意。

過去的設備，輪子所傳遞的驅(qū)動力，最大還不超過45000N，就已經(jīng)出現(xiàn)了驅(qū)動失靈和打滑的危險，而眼前這臺輪子，要傳遞的是高達80000N的驅(qū)動力。倘若驅(qū)動不起來，甚至摩擦打滑，發(fā)生粉塵爆炸，后果不堪設想。

當即對這批頭輪復面做了更新改造。輪子被拆卸下來，去磨刻出菱形紋路。但是，這種淺紋的復面能否扼制打滑，仍是懸念。

汽車的輪胎，槽紋隨著馬力的增大而加深，大型裝載機那溝槽又凹又寬的輪子，使得它在任何糟糕的工地路面上所向披靡。車輪“寬槽深溝”加大摩擦力，給人以啟迪。

美防爆專家在30年前就對斗式提升機建議：“為了達到最大的牽引力，驅(qū)動輪必須加上改進的保護層。所有主要的斗式提升機采用一種可換式復面材料，將其交叉開槽成為“褶皺斷層”，襯以薄鋼板組成橡膠模塊，固定在機頭鼓輪上。”（如圖8）

西方人發(fā)明的這種輪子，已經(jīng)漂洋過海來到中國，我們看到它是在2005年。那是一外資廠的進口設備，它的表面復膠正是呈寬槽深溝狀的斷續(xù)模塊（如圖9）?？上У氖?，只匆匆看了，并不敏感，因為當時我們的產(chǎn)品最大功率才只有132kW，而且運轉(zhuǎn)良好，對頭輪復膠的高要求還遠沒有提上日程。封閉和麻木的思維，使我們與這一先進科技失之交臂。

當年還正值多套烘干設備在造。之前，曾聞東北的提升機頭輪常發(fā)生磨損，這正是由于面膠問題所致。那種橡膠（含再生膠成分）幾乎無彈性、硬而脆、易裂，遇低溫則更甚，耐磨性能很差。輪面因無排料溝槽，與帶子之間極易夾糧和冰雪面子，加劇了打滑摩擦。整體硫化的膠面磨損后，現(xiàn)場無法局部修復（前述從高塔上吊卸下來的輪子即是）。對于這些長期存在的致命問題，人們一直束手無策，無計可施。

要防止打滑摩擦，尋找褶皺復面便成當務之急。但是去哪里找？那時，網(wǎng)上的防滑橡膠板，統(tǒng)統(tǒng)非我所求。與其合作開發(fā)，成本太高；進口，更不現(xiàn)實。

正當踏破鐵鞋無覓處時，一種新型防滑膠板到來了（圖10）。早年國外的科技論著，現(xiàn)已轉(zhuǎn)化成我國自己的專利。防滑膠板質(zhì)地為硫化天然橡膠，彈性極大，強度非常好，耐磨性能優(yōu)良，脆性溫度低達-50℃～-70℃。這些特性決定了輪子具備的超強摩擦力和牽引力。另外，寬溝槽的輪面能自潔；裝配的膠板可更換。過去的一切問題迎刃而解。還有，裝配輪子的制作工藝頗具特色。起鼓巧妙，外圈無需車削，鋼板厚度隨之大減；鋼圈卷圓與方便快捷的膠板安裝同在車間一次性完成，不用中斷工序運到廠外去包膠。既節(jié)約鋼材，又節(jié)省工時。這，就是新工藝的力量。

我們能將科技新品帥先在國內(nèi)糧機業(yè)應用，得力于慧眼識真金的公司董事長。一位“走南闖北搞科研，拼搏創(chuàng)業(yè)開新天”的拓荒人，以科學求發(fā)展的堅定信念，給企業(yè)插上騰飛的翅膀。

如今，我們的產(chǎn)品已遍佈長城北、南嶺南，在500TPH的65米高塔上，在50米高1000TPH 的提升機里，防滑膠板輪（如圖11、12）和錐套（如圖13、14、15）這兩支科技奇葩，正開得香襲萬里，爛漫芬芳。