第一篇：锥套和防滑胶板轮帅先在粮机业的应用
锥套和防滑胶板轮帅先在粮机业的应用
孙诚敏，赵显荣，周利民
（1．国家粮食储备局郑州科学研究设计院，河南郑州
450053；
2．河南金谷实业发展有限公司，河南郑州
450012）
摘要：以往，轮与轴以圆柱面结合。採用动配合时，导致定位松动，轮、轴窜位；採用过渡配合则遭遇装拆困难；无键胀套又因打滑不宜使用。带键锥套的应用，使装拆无需夯打，一把扳手就可轻松完成。落后的装配和伤痛永远成为历史。
驱动轮与胶带的打滑摩擦，是引发粉尘爆炸的危险因素。过去，轮子面胶硬而脆，与带子之间极易夹粮和冰雪面，磨损常发生且不易修复。防滑胶板装配轮的出现，一切问题迎刃而解。它能自洁，可更换；新工艺既节约钢材又节省工时。新轮具备超强的摩擦力和牵引力，彻底解除了打滑的忧患。
关键词：圆柱面配合；带键锥套；胶带打滑；防滑胶板轮
近几年，随着国家机械工业的迅猛发展，新技术、新材料、新工艺不断涌现，一批科技元件犹如朵朵奇葩，在我们粮机输送行业的大花园里竞相吐蕊，其中锥套、防滑胶板、油封轴承箱、无触头测偏器等几朵小花，绽放得尤为绚丽耀目。
这里说的锥套，是指利用内外锥体的轴向位移以实现与轴抱紧或松开的一种机件。早在八十年代末期，我们就曾对引进设备上的这种锥套作过消化吸收（如图1）。可是当时，我们的机械制造装备，对于这种高精度锥面的加工还远远不能达到要求。随着试制的结束，锥套蓝图即被束之高阁。直到今天，我们才拥有了锥套产品。时光流逝了二十年。
回顾以往，无限感慨。国外的科技不能在我国落地开花，我们依旧默守古老的传统设计，为圆柱面的结合困扰，在配合种类上徘徊。
曾有设计者选用动配合，是为检修装拆方便，但却忽视了输送机械运行不平稳的工况。在冲击载荷和轴向力的作用下，配合间隙迅速扩大，造成定位松动失灵，键侧面磨损（俗称滚键），导致轮窜位、轴移动、轴端部轮子打滑甚至脱落。这类故障在不少地方大小工程中，多家的产品都时有发生。现场检修，由于诸多因素所限，想拆下来另换新轮，往往难以实现。解决的办法常常使用一损招，即不惜破坏轴的强度，动用电焊将轮子焊死到轴上。遭此不测，实在有悖设计者的初衷。
也有设计者考虑到定位要可靠，而选用有一定过盈的过渡配合，尤其是k6与m6配
合。本以为很理想的设计，岂料在安装和拆卸上遇到了不尽的麻烦。当配合出现最大过盈时，需要相当大的压入力。即使像js 这样的介于间隙与过盈之间的配合，也常因零件圆柱度及键槽超差，都不是用手推或木锤敲，能装配进去的。粮机制造业内，一般都不具备长轴件装配的压力机械，于是装配一律使用大铁锤夯打。输送机运量提高到400直至800吨级，大件的轴与轮毂及轴套，仍然是锤击装配。工人常为此付出艰辛的劳动。曾有一件孔径为180㎜的轮毂与有150㎜长键的轴装配，轴的配合偏差为js6，与孔的最大过盈12.5μm；毂键槽孔偏差JS9，与键的最大过盈31μm。这是典型的用木锤轻击即可装进的过渡配合，装配过程中却用大锤夯了3个小时才完成。在毛衣裹身的深秋，工人师傅赤膊挥汗，令人起敬，也让我们愧疚。
更大的麻烦还出在给减速器安装传动轮。输入轴的油封和轴承，在猛烈的轴向力和振动下，被撕裂、击碎，造成运转露油、异响直至卡死。这种发生在试车阶段的事例不在少数。我们反而抱怨减速器质量差，不禁用。过失转嫁他人，受害者成了替罪羊。
拆卸之难，更甚于安装。某厂一台提升机，头轮因胶面磨损必须拆下更换。轮轴配合为k7。在现场，穷其拆卸手段，轮子就是“岿然不动”。最后只好请来吊车，把轮子连着轴一起从30余米高的塔架上吊下来。另一台设备，在车间为更换轴承去拆轴端链轮时，却发现轮子靠里侧没有空隙，拔轮器根本无法下爪子。只得费工夫自制土工具，采用笨办法，使出牛虎之力。假如这事发生在没有加工条件的工地，那难就做大了。
到2007年前后，粮食斗提机高度突破60米，小时运量已超过800吨，大型零部件装配的难题愈加凸现出来。当时下决心再不能停滞在原始的铁锤装配时代,必须摈弃圆柱面结合，另辟溪径，实现省力的快速装配与拆卸。于是，尘封多年的圆锥配合思路重新变成蓝图投向制造。此时，与首次试制锥套的年代已相隔了十九个年头，不少机械加工企业已有了数控机床。但是，对于我们这种单件多规格工件的需求而言，高昂的加工费再一次绊住了我们。
此间,一种圆锥配合的标准件——胀套问世,这种价格适宜又解决了自己加工难题的新型元件,立刻受到我们的青睐。旋即一批胀套联接的新轮子造了出来。但很快,就发现了它的局限性。胀套必须成对使用,由配合件两端置入孔中。对于紧靠机体的轴端部轮子,因无操作空间无法安装。尤其遗憾的是,它属无键联接,传递扭矩全靠锥面的摩擦力,当载荷超重或带载起动时,就有可能产生锥面打滑传动失效。在港口卸船和大型仓库的进仓作业线上,对这样的无键胀套,我们心有余悸，不敢冒此风险。
当时，还出现一种有键锥套，特别适于皮带轮和链轮联接。但是，这是一种由外国公
司专卖、全进口的机件，价格之高，我们望而却步。
我们也试图与国内和外资几家企业协作，开发带键锥套，经多次磋商，均无果而终。年轮飞快转到2009年，超大运量，超长距离的输送设备即将投产。眼看山穷水尽时，带键锥套出现了，它使特大工件装配逃过了夯打的厄运。
这种叫做QTL型锥套的元件，其美标名称为勃郎锥套（外锥），它有一件与之相配的内锥，叫QTL型焊接轮毂(如图2)。另外还有一款锥套名叫BTL型，与QTL不同的是，它的联接螺钉不是装在锥套凸沿上，而是拧在内外锥的结合缝中（即俗称骑缝）（如图3）。
这两种型式的外锥，能很容易地安装在与之相配合的轮毂内锥孔里，拧紧联结螺栓，就使外锥面和内孔同时与传动轴抱紧。卸下锥套也很容易，先卸下联结螺栓，再把它安装在拆卸螺孔内拧紧，就可把锥套从轮毂孔内卸下来。两型锥套有英制和公制规格，均已标准化，由国内专业机械厂供货。
当时几个大工程的设备图纸和零部件制造正在进行，机件之大十分可观。有一传动轴与轮毂结合处，直径220㎜，轮毂长210㎜，若按以前采用圆柱面k7配合，最大过盈量高达50μm。与前例对比要把轮毂夯击到轴上，工人将承受强劳之苦。
采用了QTL-W型锥套后,安装时对准键槽,很轻松地就将其推入到已与轮幅焊好的QTL轮毂孔内,然后逐个拧紧螺栓。只需一把扳手,装配就完成了。那么方便，快捷。
还有一批传动链轮，节距57.15，三排，大轮49齿。按过去常规设计，轮毂长需300㎜，重量达340kg（如图4）。若用k6配合，最大过盈28～31μm，相比前例，这样的装配绝不是夯3个小时能完成的。那么七台设备需要夯几个班呢？
采用单侧安装BTL锥套后，由于锥面也传递扭矩，轮毂宽就减小到150㎜（如图5）。装配一下子变得十分轻松。
这批小链轮（如图6）是安装在减速器输出轴上，轴偏差m6，最大过盈量35μm。如此之大的过盈，要使近70kg的工件移动210㎜，须施加多么大的夯击力！所幸的是，这批进口减速器躲过一劫，在锥套作用下（如图7），轮勿需夯打就轻快装上，减速器未遭任何损伤。
自此，我们彻底摆脱了长期以来由配合问题带给我们的苦与痛，装拆的落后和忧伤永远地成为历史。
在2009年与锥套同时绽放的另一支科技之花，就是复合防滑橡胶板。
是年初春，为某工程制作的五台提升机头轮，均已装配到机头里。坚固的承重台托着硕大的机头立在车间，蓄势待发。这几台设备运量之大，提升之高，在当时都可谓是国内
粮食提升机之最。
发运前夕对它们再次审视。各重要零部件设计已多次复核；头轮轴的安全系数通过；牵引带的张力系数绝对安全；轴承（进口）的寿命系数为最大值十年；传动轴键的强度按最坏工况冲击载荷校核；减速器（进口）的热功可承受环境温度40℃；电机因其功率太大选择了10千伏的高压型。这些都可以放心，唯有一处纠结心头，那就是头轮——轮圈上的胶面。
提升机的头轮，当输送量大于50t/h时，就需挂胶，为的是提高表面摩擦系数，防止打滑。一般制法就是到专业工厂进行硫化，或成光面，或成菱形浅槽纹面。这是在我国从无人质疑的传统工艺。
近年，随着运量的加大，常有一些厂家的设备发生启动障碍，导致电机闷车，液力偶合器过热喷油。在广州某港口库联机试运行时，曾出现六台大型提升机的偶合器喷油。山东某国储库发生偶合器爆油，炽热的润滑油冒着白气，顺着机筒向下流淌，工作塔内烟雾弥漫，场景恐怖。同样的例子在多地惊现。在排除了电机功率问题后，首要追究的就是驱动轮，是轮子的外胶层没有达到足够的牵引力。
同时我们还发现，有的设备实际线速与设计值并不相同，在带载启动或超载的瞬间，牵引带的运行会滞后于转动的头轮。这个问题引起了我们的警觉。不同步与迟滞，意味着皮带与轮子之间，存在打滑！
在粉尘飞扬和集积的场所，打滑和摩擦产生的热量会成为起爆热源，点燃粉尘，引起粉尘爆炸。对封闭机筒内存在高浓度粉尘云的提升机而言，这种打滑，孕育着相当大的危险。
早在上世纪八十年代初，针对在美、日、德、法等国不断发生的粉尘爆炸，国外的学者就指出，斗式提升机是谷物筒仓中非常危险的运输机械，大多数的粉尘爆炸是发生在斗式提升机里。“驱动鼓轮和胶带的相对摩擦，是着火和爆炸的重要原因”，并认为“要限制摩擦起火，鼓轮的复面起着重要作用”。
1981年底，黄埔新港立筒库，由斗式提升机引发了我国首次粉尘爆炸，筒上层及筒顶被摧毁，国内受到巨大震动。一些资深专家提醒人们，对斗式提升机、皮带机的主动轮与皮带的摩擦打滑，应予以极大的注意。
过去的设备，轮子所传递的驱动力，最大还不超过45000N，就已经出现了驱动失灵和打滑的危险，而眼前这台轮子，要传递的是高达80000N的驱动力。倘若驱动不起来，甚至摩擦打滑，发生粉尘爆炸，后果不堪设想。
当即对这批头轮复面做了更新改造。轮子被拆卸下来，去磨刻出菱形纹路。但是，这种浅纹的复面能否扼制打滑，仍是悬念。
汽车的轮胎，槽纹随着马力的增大而加深，大型装载机那沟槽又凹又宽的轮子，使得它在任何糟糕的工地路面上所向披靡。车轮“宽槽深沟”加大摩擦力，给人以启迪。
美防爆专家在30年前就对斗式提升机建议：“为了达到最大的牵引力，驱动轮必须加上改进的保护层。所有主要的斗式提升机采用一种可换式复面材料，将其交叉开槽成为“褶皱断层”，衬以薄钢板组成橡胶模块，固定在机头鼓轮上。”（如图8）
西方人发明的这种轮子，已经漂洋过海来到中国，我们看到它是在2005年。那是一外资厂的进口设备，它的表面复胶正是呈宽槽深沟状的断续模块（如图9）。可惜的是，只匆匆看了，并不敏感，因为当时我们的产品最大功率才只有132kW，而且运转良好，对头轮复胶的高要求还远没有提上日程。封闭和麻木的思维，使我们与这一先进科技失之交臂。
当年还正值多套烘干设备在造。之前，曾闻东北的提升机头轮常发生磨损，这正是由于面胶问题所致。那种橡胶（含再生胶成分）几乎无弹性、硬而脆、易裂，遇低温则更甚，耐磨性能很差。轮面因无排料沟槽，与带子之间极易夹粮和冰雪面子，加剧了打滑摩擦。整体硫化的胶面磨损后，现场无法局部修复（前述从高塔上吊卸下来的轮子即是）。对于这些长期存在的致命问题，人们一直束手无策，无计可施。
要防止打滑摩擦，寻找褶皱复面便成当务之急。但是去哪里找？那时，网上的防滑橡胶板，统统非我所求。与其合作开发，成本太高；进口，更不现实。
正当踏破铁鞋无觅处时，一种新型防滑胶板到来了（图10）。早年国外的科技论著，现已转化成我国自己的专利。防滑胶板质地为硫化天然橡胶，弹性极大，强度非常好，耐磨性能优良，脆性温度低达-50℃～-70℃。这些特性决定了轮子具备的超强摩擦力和牵引力。另外，宽沟槽的轮面能自洁；装配的胶板可更换。过去的一切问题迎刃而解。还有，装配轮子的制作工艺颇具特色。起鼓巧妙，外圈无需车削，钢板厚度随之大减；钢圈卷圆与方便快捷的胶板安装同在车间一次性完成，不用中断工序运到厂外去包胶。既节约钢材，又节省工时。这，就是新工艺的力量。
我们能将科技新品帅先在国内粮机业应用，得力于慧眼识真金的公司董事长。一位“走南闯北搞科研，拼搏创业开新天”的拓荒人，以科学求发展的坚定信念，给企业插上腾飞的翅膀。
如今，我们的产品已遍佈长城北、南岭南，在500TPH的65米高塔上，在50米高1000TPH 的提升机里，防滑胶板轮（如图11、12）和锥套（如图13、14、15）这两支科技奇葩，正开得香袭万里，烂漫芬芳。
点击咨询 