斗轮堆取料机行走机构啃轨机理分析及检测

毛友庄 周金生

（1：莱芜钢铁集团有限公司 山东莱芜 271104；2：济南钢铁集团有限公司 山东济南 250101）

1 前言

堆取料机是一种冶金行业烧结专用设备之一，随着科学技术的进步，现代化大规模生产的发展，越来越广泛的应用于钢铁行业［1］。而在生产使用过程中，往往出现许多非正常现象，比如，在轨道的侧面有明显的摩擦痕迹，轨道上有毛剌、沟痕、表面脱落等现象；车轮的轮缘有磨损、轮缘上有很大的磨损圆弧，内侧有明显的亮痕并有毛刺或掉铁屑；车体在运行中会发出较响亮的嘶嘶声，甚至会发出吭吭的撞击声；堆取料机在起动、制动时出现明显的走偏、扭摆，行驶到某一区域时有明显的摆动；车体运行时阻力突然增加，启动困难，电器元件损坏，烧毁电动机以及损坏机械传动零件［2-3］。像这种大车在运行过程中，车轮中心偏离轨道中心部位而造成车轮轮缘与轨道侧面相接触，产生水平侧向推力，引起轮缘与轨道的摩擦及磨损的现象通常称为啃轨。如图1所示。

堆取料机啃轨会引起许多危害，主要表现在：

1）降低车轮和轨道的使用寿命。啃轨造成车轮和轨

图1 啃轨示意图

道强制性接触，加剧两者的相互磨损，严重时可导致轮缘内侧与轨道侧面的金属剥落及轮缘向外翘曲变形，从而加快了车轮与轨道破坏，降低了使用寿命。当轮缘磨损达原厚的50%时，车轮应当报废，而频繁更换车轮，既影响生产，又增加设备维修费用。

2）增加运行阻力，严重啃轨时，大车运行阻力将增加1.5～3倍。由于运行阻力的增加，迫使电动机和传动机构长期超载运行，可能造成烧坏电动机或扭断传动轴的后果。

3）堆取料机工作时噪声大，振动大，严重影响轴承使用寿命。据统计，我厂使用的堆取料机行走轮轴承平均使用寿命仅为10 80小时。

4）啃轨会产生水平侧向力，导致轨道横向位移，使轨道固定螺栓松动，增大了维修的难度；

5）啃轨严重时，车轮轮缘被挤压变形，车轮轮缘就可能爬上轨道顶部造成脱轨事故。尤其当轨道接头间隙较大时，更容易出现脱轨事故，从而造成重大的设备、人身伤亡事故。

2 啃轨原因分析

啃轨主要是由车轮、轨道和桥架的制造或使用不当等引起。由于车轮和桥架变形引起的啃轨故障约占80%［4］。

2.1 轨道问题引起啃轨

轨道安装质量差，轨道的相对标高差、直线性、轨道跨度偏差、轨道接头不平和轨道承载面上有油、水等都会造成大车行走时啃轨，这种啃轨的特点是发生在运行轨道的固定区间内。其中影响最大的是跨度和轨道标高误差两项。因此，必须严格按轨道安装的技术要求精心安装，保证质量。

2.1.1两轨道高低差较大时引起啃轨

如图2，当堆取料机的两行走导轨存在高度差△h时，载荷P与轮压N之间必然形成一个夹角，从而使堆取料机在运行过程中形成一个偏斜侧向力，产生车体横向移动。这样轨道标高高的一侧，车轮轮缘与轨道外侧相挤而啃轨；而标高低的一侧车轮轮缘啃轨道的内侧。从图中的受力分析可得出：

可见，随着h的增大，侧向力FY也越大，则轮缘与轨道间的摩擦就越严重。

图2 轨道标高不等时车轮的受力

2.1.2 两轨道的轨距偏差较大时引起啃轨

当两根轨道轨距大于堆取料机跨度时，可能出现车轮外缘与轨道接触并产生啃轨，当两根轨道的轨距小于堆取料机跨度时，可能出现车轮的内缘与轨道接触产生啃轨。

2.1.3 固定轨道的螺栓松动，轨道压板不起作用，连接板螺栓松动引起啃轨

由于紧固件松动，纵向相临两根轨道易出现横向错位。当堆取料机运行到接头处时，使车体出现横向水平移动，如图3所示。在由A向运动时。车轮外外缘啃B′点，并迫使轨道和A′轨道处并齐，轨道则有一个相当大的反力作用给车轮轮缘。当B向运行时，则啃轨道内侧。

图3 紧固件松动引起啃轨

2.2 车轮水平偏斜引起啃轨

车轮的水平偏斜即车轮的踏面中心线AA与轨道中心线O O在水平方向上有一个夹角θ，如图4、图5所示。车轮轴线速度就是堆取料机运行速度ν，其方向平行于轨道；车轮接触点相对于堆取料机的速度为νld，实际上是车轮的圆周速度，而车轮的绝对速度就是车轮与轨道之间的滑动速度νh，由于该速度的存在，使大车产生横向滑动，从而产生摩擦力，其方向与滑动方向相反。对于从动轮来说，此摩擦力在车轮运动方向的分量构成了运行的附加阻力，与运行方向垂直的分量构成了车轮的侧压力；对于主动轮来说，它在运行方向的分量构成运行驱动力，与运动方向垂直的分量是车轮的侧压力。该侧压力完全由轮缘承受，于是使车轮轮缘与轨道侧面相摩擦而产生啃轨，并产生轮缘磨损。

2.2.1 从动轮水平偏斜（图4所示）

图4 从动轮的偏斜

图5 主动轮的偏斜

如果忽约轴承中的摩擦力，则F对于车轮轴的力矩为零，也就是说，F与ν应当在车轮轴方向。由图4可知，νh的大小为：

这说明车轮的偏斜角越大，滑动速度就越大，磨损就越严重。摩擦力F在运行方向的分力Fy就是车轮偏斜的附加阻力，在垂直于运行方向的分力Fx就是侧压力。由图可知：

这样看来，只要有极其微小的偏斜角，就能产生几乎与摩擦力F同样大小的侧压力，从而引起啃轨现象。

2.2.2 主动轮水平偏斜

主动轮担负着产生运行驱动力的任务，运行驱动力是靠车轮与轨道间的摩擦力实现的。对于无偏斜的车轮（θ＝0），这个摩擦力的大小是变化的，随驱动力变化而变化；如果车轮安装不正确（θ≠0），车轮必定打滑，这时车轮与轨道间的摩擦力为动摩擦力，其大小不变，但方向随驱动力变化而变化。如图5所示，F在运行方向的分力为驱动力Fq，在垂直方向的分力为侧压力Fc。

由上式可知，主动轮滑动速度随着主动轮的偏斜和驱动力Fq的增大而增大。θ和Fq越大，啃轨越利害，磨损也越严重。

影响车轮水平偏斜的原因主要有：车轮安装不正、桥架变形等。

2.3 车轮垂直偏斜引起啃轨

车轮垂直偏斜超差也会引起啃轨，因为车轮垂直偏差增大了车轮的运行半径，如图6所示。

图6 车轮的垂直偏斜

假设车轮原来的运行半径为R，则转动时最大半径为

未偏斜的车轮转动一周的距离为2πR，偏斜后的车轮转动一周的距离为

因此，偏斜后的车轮转动一周超前了

但由于有轮缘的限制使车轮不能过量超前，故产生了啃轨现象。

2.4 车轮不同步引起啃轨

堆取料机车轮在堆料过程中不同步运行也会导致大车走斜而啃轨。引起车轮不同步主要有以下几种情况：

1）在分别驱动的情况下，因制造加工或使用过程中磨损，齿轮间隙不等，或轴与键松动造成的啃轨。一组传动齿轮比另一组齿轮间隙大；或某一组传动机构的轴键松动，都会产生速度差引起车体走斜而啃轨；

2）分别驱动两组驱动机构制动器的制动轮与制动瓦块间隙不均，造成制动时间长短不一，或是两个制动器中有一个损坏不制动，也能使车体走斜啃轨；

3）分别驱动电机转速差过大，或某一边电机烧坏半边驱动；还有当一边电机转子线路中，有一相断线等，均能造成堆取料机啃轨，这这种啃轨，主要是车体启动时扭摆。

4）因两边电机的电阻配置不相同，或线路阻抗不等，造成两边电机的特性不一致，引起转速差，使运行歪斜而啃轨。

2.5 其他原因引起的啃轨

车轮同位差超差时，主动轮轮距与被动轮轮距不一致，或轮距一致，但主动轮与被动轮错位也会产生啃轨。这是由于车轮是向着垂直于车轮轴线方向运行的，所以，当堆取料机向前行走时，一会儿啃外侧，一会儿啃内侧，或是出现扭头别劲现象；桥架变形呈平行四边形，使车轮对角线不等或使车轮跨度超标都会造成车轮啃轨；另外，车轮不在同一水平面内，即翘角现象也会引起啃轨，由于四个车轮在轨道上运行时载荷受力不等，使运行时摇摇晃晃，产生啃轨。

3 车轮啃轨的测量

虽然造成车轮啃轨的原因是多方面的，啃轨的表现形式也是多种多样，但大部分是由于车轮安装质量引起的。因此，要解决啃轨问题，应首先查找车轮安装质量是否在误差范围内才能进一步对啃轨原因进行分析。

3.1 车轮水平偏斜的测量

车轮水平偏斜是造成车轮不正的重要因素之一，测量车轮的水平偏斜，必须选择合理的基准线。通常选取状况较好的一段轨道的中心线为测量水平偏斜的基准线。测量过程如下，首先在轨道上作出中心线，并将堆取料机开到该段轨道上。以轨道中心为基准，在外侧等距离D处拉线并固定好，作为测量的基准线，如图7所示。

图7 车轮水平偏斜的测量

图中l为测量长度，x1、x2、x3、x4分别代表测量点到基准线的距离，e1、e2分别代表轮1和轮2的水平偏斜。t1、t2分别为轮1和轮2的调整量。则

对于是台车组形式的行走机构，忽略台车组制造安装存在的误差，其测量方法如图8所示。

图8 台车超水平偏斜的测量

图9 车轮垂直偏斜的测量

图10 对角线的测量

根据以上的测量值，可以计算出车轮同位差m，则：

3.2 车轮垂直偏斜的测量

车轮的垂直偏斜也是引起啃轨的重要原因之一，其偏斜量的测量很简单，只需用线坠吊在测量位置，然后用塞尺即可测出车轮垂直偏斜值。如图9所示，车轮垂直偏斜值a是测量长度L的下端点到铅垂线的距离。

3.3 车轮对角线的测量

堆取料机车轮对角线不容易直接测量，可用下面的方法间接进行测量。首先沿车轮轴的水平方向用尺找到车轮宽度的中点，用线坠从中点对准轨道面上的一个投影点，并用眼冲在该点做好记号，如图10所示。其他同位车轮以同样的方法进行找点，4点找完后，将堆取料机开到一旁，用钢卷尺即可进行测量。

4 结语

莱钢炼铁厂混匀堆料机运行一段时间后车体发出撞击声，行走台车轮轴承损坏频繁，车轮轮沿磨损严重，出现了非常明显的啃轨现象。我厂技术人员按照上述方法对行走轮的水平偏斜、垂直偏斜、对角线等进行逐一检测并利用中修时间进行了调整。试车后大车运行良好，没有出现啃轨现象。

［1］杨长骙，傅东明.起重机械［M］.第2版.北京：机械工业出版社，1992：34-35.

［2］刘勤国.斗轮堆取料机使用、维护与检修［M］.北京：化学工业出版社，2010：2-5.

［3］于志光.堆料机啃轨分析［J］.设备管理与维修，2011，（08）：42-43.

［4］解春华.论桥门式起重机啃轨原因分析［J］.煤炭技术，2003，Vol.22（10）：23-25.