30T有轨操作机驱动轮传动机构设计改造

杜真一，韦朝强，陈 波，郭 璞，李兆凯，魏太春，史海博

（西部超导材料科技股份有限公司，陕西西安 710018）

0 引言

操作机是锻造行业不可或缺的辅助设备。在锻造过程中，它与快锻机配套使用，通过实现多种动作完成坯料锻压的各种工序，减轻劳动强度，提高生产效率。西部超导材料科技股份有限公司45MN 快锻机配套的是30T 锻造操作机，属于摆移式全液压有轨锻造操作机。其结构由钳杆、机架、吊挂、润滑系统、液压系统、轨道销齿条机构、供电拖链、梯子走台和电气控制系统等组成[1]。可实现大车行走（前进/后退）、钳杆旋转（左旋/右旋）、钳杆平行升降、钳杆上下倾斜、钳口夹紧松开、钳杆左右侧移和钳杆左右侧摆7 种动作[1]。目前，因行走机构存在设计不合理之处，每月故障1～2 次，亟待改造。

1 故障现象

30T 操作机自投入使用，其行走机构多次出现故障。运行过程中，行走驱动轮与行走马达减速机配合处的双头螺柱易松脱，甚至剪切断裂，最终导致驱动轮脱落，严重影响操作机行走功能，且该处设计空间较为狭小，维修难度极大，耗时长，严重耽误生产。

2 原因分析

30T 操作机是通过行走液压马达及减速机驱动来实现车体驱动，该减速机通过螺栓连接固定在墙板外侧，行走驱动轮与减速机法兰通过双头螺柱进行固连，并与地面的齿销机构啮合传递驱动力。配合结构如图1 所示。

分析图1 可知，过渡法兰焊接于墙板上作为一个整体。装配时，首先将马达及减速机穿进墙板Φ270 mm 的孔中。其次，将马达及减速机右端法兰与过渡法兰贴合，通过4 个Φ20 mm 的圆锥销进行定位，并用16 个M20 的螺钉进行紧固。然后，将驱动轮通过20 个双头螺柱固定在马达及减速机的左端法兰上，并用双螺母锁紧。

图1 驱动轮装配

该机构连接方式存在一定弊端。30T 操作机总重约100 t，由4 个液压马达及减速机提供驱动力。在行走过程中，驱动力通过减速机法兰上的连接螺栓和销子传递至驱动轮，可见，该处螺栓及销子承受很大的剪切力，尤其是在操作机行走启停的一瞬间，需要克服自身惯性，此时瞬时动载荷极大，久而久之造成螺栓和销子断裂。加之，驱动轮受到振动影响，该处的连接螺栓经常松动，易脱落。因此，需要对该处机械结构的配合方式进行改造。

3 设计改造方案

分析可知，行走驱动轮故障是因为螺栓连接处为薄弱环节，仅仅加大螺栓规格的方法并不可行。①加大螺栓规格需在减速机法兰上扩孔，而该处空间有限，且法兰强度大大降低；②螺栓以承受轴向力为主，其承受横向剪切力的能力有限。因此，该方法不可取，改造方案需另辟蹊径。

通过技术讨论，决定将该处改造为花键配合的方式，因为键连接可承受很大的切向载荷且消除了配合间隙，防止频繁启停和振动导致的螺栓松动和断裂。具体方案如下：

（1）设计1 个花键法兰取代原过渡法兰（图2）。该法兰焊接于机架上，安装孔等尺寸不变，但在其圆周上加工有4 个扇形键，用于配合传递驱动力。且花键法兰的材料由原来的Q235-A 改为Q345-B 的锻件，该材质具有良好的塑性和焊接性能，多用于承受较大动载荷的场合[2]。同时，要求对该锻件进行调质处理，提高零件强度，从而使花键法兰具有良好的综合力学性能。

图2 花键法兰

（2）设计1 个花键套，结构尺寸如图3 所示。花键套的内孔与减速机法兰外圆配合，并将其焊接为一体。该零件材料选用Q345-B 的锻件，加工技术要求与花键法兰相同，具备良好的焊接性和综合力学性能。经加工制造、热处理，将花键套固定在减速机上（图4）。

图3 花键套

（3）对驱动轮机构进行装配。由图4 可知，花键套的环形端面加工有4 个扇形凸台，装配时凸台与花键法兰的凹槽配合，花键法兰的扇形键与花键套的凹槽配合，从而实现了通过键配合传递驱动力，承受动载荷的方法（图5）。

图4 花键套固定

图5 装配效果

图6 改造后效果

使用该套装置后，螺栓仅起到端面紧固作用，不再承受剪切力。此外，将固定驱动的双头螺柱改为内六角螺钉，便于拆装。最后，用细钢筋焊接在相邻两个螺钉头之间，并在驱动轮和减速机之间焊接防松块，起到良好的防松作用。

4 技改成效

目前，已使用该方案对30T 操作机的3 个行走驱动轮进行了技术改造，如图6 所示。自改造至今使用多年，未再发生过螺栓松动断裂，驱动轮脱落的现象，使用效果显著。