机场行李皮带式转弯机关键部件改造设计

陈卫锋（上海国际机场股份有限公司机电信息保障部,上海 201100）



机场行李皮带式转弯机关键部件改造设计

陈卫锋
（上海国际机场股份有限公司机电信息保障部,上海 201100）

摘 要：本文针对虹桥机场皮带式转弯机多发的辊筒轴磨损故障进行深入的研究，寻找出故障原因，制定了有效的改进方案。

关键词：虹桥国际机场；皮带式转弯机；辊筒轴；磨损故障

虹桥行李系统作为机场运行重要系统之一，担负着为旅客提供行李交运及提取的服务［1-2］。皮带式输送机作为系统基础组成单元，其故障率的高低直接影响系统的稳定性。而转弯机的故障量最高，达50%以上，其中以辊筒轴磨损故障数量尤为突出。因此，如何改造设备进一步提高转弯机的可靠性，一直是机场设备管理部门当下急需解决的问题［3-4］。

1 皮带式转弯机工作原理及磨损现象

转弯机主要由驱动单元、支撑单元和保持单元组成。其采用电机驱动端部锥形辊筒轴的形式带动皮带。当设备在高速运转过程中，辊筒轴时刻受到不同重量行李的载荷冲击，而设备的运转依靠其零件副相对运动来实现，会伴随着产生摩擦和磨损等现象。经观察，故障转弯机不仅轴承磨损严重，连辊筒轴也出现了严重的磨损情况。

2 转弯机辊筒轴的受力分析

转弯机辊筒轴锥体的外形使其承受的不单单受到径向力，还有轴向力。同时，由于货物水平输送的要求，转弯机上面的皮带要保持水平，转弯输送机上的辊筒的中心轴线呈非水平状态，这使辊筒轴的内圆弧端更容易绕着外圆弧端发生偏转。此外，由于系统设计的行李防撞功能，极大增加了设备负载时的紧急制动，加剧了对辊筒轴端部的载荷冲击。

根据转弯机辊筒轴的工作状况，采用有限元法对该关键部件进行受力分析，为便于分析计算，本文使用Solidworks软件，根据转弯输送机辊筒轴的实际尺寸建立三维模型，并进行了3D网格划分。随后要对零件材料属性、边界约束条件及施加载荷进行定义。根据辊筒轴的材料属性，经查相关资料得到其材料属性参数，如下表1所示。零件边界条件：由于辊筒轴在转动过程中，是通过两端轴承固定支撑，因此约束条件应施加在辊筒轴的两端并留有一个绕轴线旋转的自由度。

表1 辊筒轴材料属性

最后定义施加载荷，经查询机械设计手册可知［4］，皮带与辊筒轴的摩擦系数kc=0.68左右，驱动电机的额定功率为P=1.1KW，转弯输送机的皮带运行速度为vs=1m/s，根据下式（1）和式（2）可计算出辊筒轴的所受法向力Fn（沿辊筒轴表面切线方向）和切向力Ft（垂直于辊筒轴表面方向）：

通过上式（1）和（2）得，在电机额定功率工作下的辊筒所受大小Fn=1617.6N,Ft=1100N。

在求解器中设置好相关参数进行有限元仿真计算，求得该转弯辊筒轴的变形分布图和应力分布图，如下图1所示。

由于辊筒轴两端有轴承座支撑方式，其辊筒轴的中部变形量最大，而通过上图可知，辊筒轴的应力最大区域主要集中在在轴的两端，靠近轴承支撑位置，这说明，对于辊筒轴结构其两端支撑位置受到较大的应力变化且受到变形转动的周期性扰动，轴承两端支撑方式对辊筒轴的磨损及卡死有着重要关系，因此，需要根据辊筒轴的结构及受力方式选择最佳的轴承支撑安装方法。

3 改造设计

改造前的转弯输送机采用的是紧定螺钉形式轴承座，轴承座与辊筒轴的联接是通过两个调整螺钉紧顶着轴，使辊筒轴与轴承内圈紧密的连接在一起。由分析结果可知，在辊筒轴靠近轴承座的两端，受到辊筒周期性的扰动及局部应力的变化，特别是依靠两个调整螺钉提供辊筒轴的切向力所产生扭矩，调整螺钉在使用过程中容易产生松动、发生相对运动、产生摩擦、行程磨损，对辊筒轴和轴承都产生较大的损坏。

针对辊筒轴在工作过程中产生的扰动、冲击及应力变化，应对原有螺栓紧固方式进行改造设计来避免轴承内圈与辊筒轴之间的相对运动发生。根据分析结果，本文选用胀紧联接套的方式进行改造设计，选用了带锁紧套的胀紧轴承，其工作原理是通过高强度拉力螺栓的作用，在内环与轴之间、外环与轮毂之间产生巨大的抱紧力，以实现机件与轴的无键联接。其特点是安装调整方便、联接稳定可靠，特别是在超载时，可以保证辊筒轴设备不受损坏，由于具有很好的自锁性，非常适合重载传动或有冲击振动的使用场所。通过上述改造方案实施有效解决了机场转弯机的辊筒轴磨损问题，保证了机场设备正常有效运转。

4 总结

本文针对机场行李系统中转弯机频发故障，对该设备关键部件进行受力分析及改造设计方案。分析研究了其关键部件辊筒轴在工作过程中载荷情况，进行受力分析后发现了引起辊筒轴磨损的主要原因。根据分析结果对其改造成适合重载传动或有冲击振动的锁紧套胀紧联接方式，取得了很好的应用效果，提高了机场设备运行的可靠性。

参考文献：

［1］陈文华.民用机场运营与管理［M］.北京：人民交通出版社,1999．

［2］高金华,王维.机场工程［M］.天津：天津科学技术出版社,2000.

［3］陆迅.机场旅客与行李流程规划和仿真研究［D］.南京航空航天大学,2010．

［4］闻邦椿.机械设计手册［K］.北京：机械工业出版社,2010.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.250

作者简介：陈卫锋，工学学士，助理工程师，主要从事机场行李输送设备运行保障工作。