CN104251295A - 一种高强度绳轮及绳轮轮衬更换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度绳轮，其特征在于，所述绳轮整体结构为锻造件，包括主轴，轮缘、轮辐、轮毂，轮衬，张紧钢丝绳，所述主轴与轮毂之间装有四列圆柱轴承，在轴承两侧端面上设置有防尘、防润滑脂外泄密封；所述绳轮本体通过螺栓装在固定支架上，在轮辐周向开有至少4个消除应力的?50mm的孔洞。本发明所述的高强度的绳轮以及绳轮轮衬更换方法，与传统的绳轮相比较具有如下的有益效果：（1）绳轮轮缘部位强度大幅度提升；（2）轮衬使用寿命大大延长；（3）由于轮衬内侧面圆弧面嵌在轮槽中，保证轮衬与轮槽之间不打滑，钢丝绳与轮衬磨损小，绳轮不易损坏；（4）轮衬拆装简单，方便。

Description

一种高强度绳轮及绳轮轮衬更换方法

技术领域

本专利涉及一种冷轧高强度卧式活套绳轮,以及改进绳轮轮衬更换方法。

背景技术

现代冶金冷轧轧钢企业为了保证连续性生产，全都采用了活套装置，梅钢冷轧酸洗―连轧机组也配有3个卧式活套，它们的作用是保证带钢焊接、切边剪换剪刀以及轧机换辊时其它设备能够正常连续生产。3个活套的形式相同，区别仅在带钢储放量上有差别。活套车钢丝绳牵引系统由电机驱动3个绳轮，绳轮通过摩擦力带动钢丝绳运动，最终带动活套小车在轨道上移动，钢丝绳一端固定，另一端与液压缸连接，提供初始静张力。绳轮摩擦块始终与钢丝绳接触。绳轮主要承受钢丝绳的初始张力和电机驱动扭矩。钢丝绳在绳轮上的包角180°，钢丝绳与绳轮接触的区域为受载区，其余为空载区，在空载区的绳轮几乎不受力，在承载区，绳轮受到钢丝绳的静张力和由静张力引起的摩擦力。原有设备活套车的牵引由3套绳轮驱动装置组成由于活套绳轮排放设计的特殊性，1#3#绳轮处于竖直放置，2#绳轮处于倾斜放置，与竖直面成4°夹角，钢丝绳在1#3#绳轮中保持在一个竖直面内，因而钢丝绳在1#绳轮的出口处无法与2#绳轮的入口保持在一个平面内，这自然将造成钢丝绳静张力在绳轮中出现偏载的现象，受力不均导致在生产过程中出现绳轮磨损较为严重的状况甚至出现绳轮断裂的故障。由于冷轧生产的连续性强，节奏快，对设备稳定运行状态要求也较高。在生产初期阶段就曾因为轮衬磨损严重而产生的停机故障，此后一段时间内轮衬磨损一直较快，更换周期也因此大幅度减少，若如不及时更换将造成钢丝绳直接与轮槽相摩擦致使钢丝绳过早损坏；张力偏载导致绳轮轴承损坏甚至出现了绳轮断裂的事故，此种状态下的活套绳轮是不能满足现场生产需求的。急需一种新型长期稳定运行使用的结构绳轮。经过检索，中国专利申请号：CN91223388.5《组合式尼龙衬托绳轮》以及申请号：CN200620089795.9《钢绳牵引带式输送机托绳轮》的两种绳轮装置。但是该装置存在以下缺陷：一是该两种装置在冷轧大张力活套上使用现场难以实现，因为该两种装置所受的主传送的力只能在垂直与绳轮上，对于活套绳轮排放设计的特殊性偏心上不适用。二是该装置对于大张力下轮衬的磨损更换也不好控制。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种新型的高强度的结构改进绳轮及优化绳轮轮村更换方法，主要解决原有技术存在的现场使用效果不佳的技术问题。

以前，经过对生产过程中绳轮出现异常状态观察，发现异常主要发生在轮缘处，且具有一定的方向性，通过对绳轮设备的图纸研究和生产现场实际受力张紧过程的长期跟踪观察，在结合故障绳轮的裂纹现象，最终确认为原设计并不适合大张力下的载荷需要。采用本新型结构会大大延长槽体轮衬的更换周期，降低维护人员的劳动强度，提高工作效率和大大降低成本。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种高强度绳轮，其特征在于，所述绳轮整体结构为锻造件，包括主轴，轮缘、轮辐、 轮毂，轮衬，张紧钢丝绳，所述主轴与轮毂之间装有四列圆柱轴承，在轴承两侧端面上设置有防尘、防润滑脂外泄密封；所述绳轮本体通过螺栓装在固定支架上，在轮辐周向开有至少4个消除应力的Ø50mm的孔洞。

作为本发明的一种改进，所述轮衬分为轮衬、轮衬以及异型连接轮衬三种结构，所述轮衬、轮衬与异型连接轮衬配合镶嵌在轮槽内，所述轮衬其中间破分式不对称结构；所述异型连接轮衬为三破分式结构，所述轮衬上缘圆弧与张紧钢丝绳直接接触。

作为本发明的一种改进，所述将轮缘外部的过渡圆角设置为R50mm。

作为本发明的一种改进，所述轮衬底部与轮槽接触面设置为半圆形接触，过渡圆角设置为R36mm，并在第一安装轮衬与最后一个安装轮衬之间结合部位采用一种异型轮衬结构，减少安装步骤及缩短安装时间，轮衬中间部位整体设置为斜锲结构，两棱边夹角为30°，下方设置为六方体防脱落结构。其目的在于更换更加便捷、快速，斜锲结构在安装时被打入趋紧轮衬边部两侧轮衬与轮槽，向外挤出贴紧两侧轮衬边片，六方体结构中的两个侧面在被打入后深入到两侧轮衬边片的倒角处，增加了预紧力，在绳轮旋转至下方时，异型连接轮衬与其他安装的轮衬也始终结为一体，贴紧轮槽而不会掉下。

一种高强度绳轮轮衬更换方法，其特征在于，所述方法如下，1）、去除钢丝绳预紧力；2）、固定活套绳轮；3）、取出连接轮衬中间的斜锲块；4）、依次取出成对轮衬，按照从最后安装的到第一安装轮衬的顺序；5）安装第一安装成对轮衬；6）依次安装第二直至最后安装的轮衬；7）安装连接异形轮衬的两边部结构；8）最后将斜锲块从中间部位打入。

本发明所述的高强度的绳轮以及绳轮轮衬更换方法，与传统的绳轮相比较具有如下的有益效果：（1）绳轮轮缘部位强度大幅度提升；（2）轮衬使用寿命大大延长；（3）由于轮衬内侧面圆弧面嵌在轮槽中， 保证轮衬与轮槽之间不打滑，钢丝绳与轮衬磨损小，绳轮不易损坏；（4）轮衬拆装简单，方便。

附图说明

图1为本发明绳轮布置图；

图2为本发明绳轮立体；

图3、4为本发明绳轮结构示意图；

图5为本发明绳轮改进前后结构对比图；

图6为本发明绳轮改进前后等效应力对比图；

图7、8为本发明绳轮轮衬结构示意图。

图中：0-主轴；1-轮辐；2-轮毂；3-轮缘；4-钢丝绳；5-四列圆柱轴承；6-轮衬；7-轮衬；8-异型连接轮衬；9－固定支架；10-密封；11-去应力孔；12－轮槽；13－异型连接轮衬趋紧结构斜锲块；14－斜锲块防松脱结构。

具体实施方式

为了加强对本发明的认识和理解，下面结合附图和具体实施方式对本发明作出详细的说明和介绍。

一种高强度绳轮的制造技术分析：首先，从绳轮开裂原因分析，受载区的绳轮可以看成轴对称结构，采用二维对称模型对绳轮进行非线性接触分析，将摩擦块与轮子接触部位设置成接触方式为“面-面”接触的接触对，接触面摩擦系数为0.3，单元 采用平面8节点高阶单元。在绳轮驱动轴内孔表面施加X,Y方向的约束。在钢丝绳与摩擦块接触的圆弧上施加均布载荷。计算结果，从绳轮的最大主应力、最小主应力分布云图3中，可以看出绳轮轮缘部位受到挤压应力状态，应按等效应力评估其强度。最大值位于过渡圆角处为8.337MPA,当存在偏载时，即钢丝绳与摩擦块接触圆弧是一段圆心角小于170°的圆弧，这时钢丝绳作用在摩擦块单位面积上的均布载荷要变大，以平衡钢丝绳的张力。当钢丝绳偏载30°（即钢丝绳与摩擦块接触圆弧的圆心角为140°时，绳轮在偏载下的等效应力云图3，从图中可以看出过渡圆角处的等效应力最大值为σmax=122.075MPA，比无偏载时该处的等效应力值8.337MPA要大上15倍，从分析结果上看，必然会出现绳轮开裂的状况。由于偏载导致轮衬自然磨损加快，为了提高其强度，对其轮缘结构中的长度和角度进行了优化改进。

其次，绳轮在工作过程中，每旋转一周，在绳轮受载区和空载区的2个交界处会产生2此冲击载荷，因为在绳轮受载区和空载区的2个交界处，钢丝绳对轮衬施加的压力突变，激起轮衬-绳轮组成的弹性系统产生自由震荡，而轮衬与绳轮之间的摩擦力使得振动迅速衰减，因此在绳轮受载区与空载区的2个交界处出现2次明显的冲击载荷，图4所示现场测试数据得到的绳轮开裂部位等效应力变化的曲线，根据测试数据可以算的冲击系数的平均值为1。43～1.62，其应力属于脉动循环应力状态。绳轮转动6176R/D,会产生12352次冲击，按照每年工作330天，会产生4100000次冲击。因此再此疲劳状态下，断裂是不可避免的。为了提高其疲劳强度，在对其轮缘改进以外更对轮衬底部结构进行了优化改进。

实施例 1 ：

参见图1—图7，一种高强度绳轮，所述绳轮整体结构为锻造件，包括主轴0，轮缘3、轮辐1、 轮毂2，轮衬，张紧钢丝绳4，所述主轴0与轮毂2之间装有四列圆柱轴承5，在轴承两侧端面上设置有防尘、防润滑脂外泄密封11；所述绳轮本体通过螺栓装在固定支架9上，在轮辐周向开有至少4个消除应力的Ø50mm的孔洞11。绳轮开裂主要原因为3个绳轮位置关系导致偏载，致使绳轮轮槽根部应力急剧上升，产生破坏，改进后的绳轮危险部位的应力显著下降，使得绳轮在现有状况下具有足够的强度，改进后的绳轮使用良好。

实施例 2 ：

参见图7、8，作为本发明的一种改进，所述轮衬分为轮衬6、轮衬7以及异型连接轮衬8三种结构，所述轮衬6、轮衬7与异型连接轮衬8配合镶嵌在轮槽12内，所述轮衬6、7其中间破分式不对称结构；所述异型连接轮衬8为三破分式结构，所述轮衬6、7、8上缘圆弧与张紧钢丝绳4直接接触。

实施例 3 ：

作为本发明的一种改进，所述将轮缘3外部的过渡圆角设置为R50mm。提高其抗疲劳性。

实施例 4 ：

作为本发明的一种改进，所述轮衬6、7、8）底部与轮槽12接触面设置为半圆形接触，过渡圆角设置为R36mm，并在第一安装轮衬6、7与最后一个安装轮衬之间结合部位采用一种异型轮衬8结构，减少安装步骤及缩短安装时间，轮衬8中间部位整体设置为斜锲结构13，两棱边夹角为30°，下方设置为六方体防脱落结构14。其目的在于更换更加便捷、快速，斜锲结构13在安装时被打入趋紧轮衬8边部两侧轮衬与轮槽12，向外挤出贴紧两侧轮衬边片，六方体结构14中的两个侧面在被打入后深入到两侧轮衬边片的倒角处，增加了预紧力，在绳轮旋转至下方时，异型连接轮衬与其他安装的轮衬也始终结为一体，贴紧轮槽而不会掉下。

参见图6，以上改进结构如图所示。在图中可以看出等效应力，从图中可以看出等效应力值最大处从过渡圆角变成了轮槽根部，其值为89.449MPA，而相对应轮槽根部应力仅为64.678mpa,相比原先结构的122.075MPA,下降了47%，大大的改善了原先设计结构危险部位的受力状况。

实施例 5 ：

一种高强度绳轮轮衬更换方法，其特征在于，所述方法如下，1）、去除钢丝绳（4）预紧力；2）、固定活套绳轮；3）、取出连接轮衬中间的斜锲块（13）；4）、依次取出成对轮衬（6）、（7），按照从最后安装的到第一安装轮衬的顺序；5）安装第一安装成对轮衬（6）、（7）；6）依次安装第二直至最后安装的轮衬；7）安装连接异形轮衬（6）的两边部结构；8）最后将斜锲块（13）从中间部位打入。

本发明还可以将实施例2、3、4所述技术特征中的至少一个与实施例1组合形成新的实施方式。

除上述实施例外，本发明专利还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明专利要求的保护范围

Claims (5)

1.一种高强度绳轮，其特征在于，所述绳轮整体结构为锻造件，包括主轴（0），轮缘（3）、轮辐（1）、 轮毂（2），轮衬，张紧钢丝绳（4），所述主轴（0）与轮毂（2）之间装有四列圆柱轴承（5），在轴承两侧端面上设置有防尘、防润滑脂外泄密封（11）；所述绳轮本体通过螺栓装在固定支架（9）上，在轮辐周向开有至少4个消除应力的Ø50mm的孔洞（11）。

2.根据权利要求1所述的一种高强度绳轮，其特征在于，所述轮衬分为轮衬（6）、轮衬（7）以及异型连接轮衬（8）三种结构，所述轮衬（6）、轮衬（7）与异型连接轮衬（8）配合镶嵌在轮槽（12）内，所述轮衬（6）、（7）其中间破分式不对称结构；所述异型连接轮衬（8）为三破分式结构，所述轮衬（6）、（7）、（8）上缘圆弧与张紧钢丝绳（4）直接接触。

3.根据权利要求1所述的一种高强度绳轮，其特征在于，所述将轮缘（3）外部的过渡圆角设置为R50mm。

4.根据权利要求1所述的一种高强度绳轮，其特征在于，所述轮衬（6）、（7）、（8）底部与轮槽（12）接触面设置为半圆形接触，过渡圆角设置为R36mm，并在第一安装轮衬（6）、（7）与最后一个安装轮衬之间结合部位采用一种异型轮衬（8）结构，轮衬（8）中间部位整体设置为斜锲结构（13），两棱边夹角为30°，下方设置为六方体防脱落结构（14）。

5.一种高强度绳轮轮衬更换方法，其特征在于，所述方法如下，1）、去除钢丝绳（4）预紧力；2）、固定活套绳轮；3）、取出连接轮衬中间的斜锲块（13）；4）、依次取出成对轮衬（6）、（7），按照从最后安装的到第一安装轮衬的顺序；5）安装第一安装成对轮衬（6）、（7）；6）依次安装第二直至最后安装的轮衬；7）安装连接异形轮衬（6）的两边部结构；8）最后将斜锲块（13）从中间部位打入。