全回转减震车轮应用技术探讨

吴元祥 刘继芳 谢正

【摘 要】重载绕轴回转设备中，轴两侧会有悬臂结构，执行过程中容易产生冲击，造成系统的振动和不稳定，对设备的安全性、寿命以及设备的正常工作均造成很大的影响。全回转减震车轮的应用，可增强系统稳定性，增强系统刚度，使系统更安全、稳定地运行。

【关键词】减震;减震轮;全回转;预紧力;辅助车轮

【中图分类号】U653 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）12-0036-02

0 引言

在冶金、矿山、化工、机械等很多重载绕轴回转设备中，类似图1所示，轴两侧会有悬臂结构，但是，与此同时执行机构也在悬臂结构上，这样在执行过程中容易产生冲击，造成系统的振动和不稳定，对设备的安全性、寿命以及设备的正常工作均造成很大的影响。

在工程实践过程中，设计了一种全回转减震车轮的应用，安装在绕轴回转的悬臂结构上，对上面提到的各种缺陷有很大裨益，现就这种全回转减震车轮结构进行探讨。

1 全回转减震车轮结构及功能

全回转减震车轮结构如图2所示。其中件1为圆弧导轨，根据减震轮安装轴线到回转中心的距离确定其半径，固定于回转底座上。件2为减震轮，其通过圆弧接触在导轨上行走。件3、件4、件5分别是轮轴卡板、轮轴、定位套;轮轴卡板主要是锁住轮轴不随轴承的转动而转动，定位套定位轴承内圈，减震轮不会轴向窜动。件6、件7、件8分别是防尘圈、轴承盖、圆柱滚子轴承，轴承盖主要是压紧轴承外圈，以保证减震轮轴承的正确安装，因类似这些重载的工况都比较恶劣，粉尘比较重，轴承两侧均应加防尘圈对轴承进行保护。此处选择圆柱滚子轴承基于以下3点考量：①这种结构的负载比较大，圆柱滚子轴承的承载能力较强。②这种结构的转速比较低，尤其是减震轮的转速更低。③此处选用内圈两边都带凸缘的圆柱滚子轴承，安装简单，定位可靠。

件9至件16是此减震轮结构设计的亮点所在。因为减震轮是在悬臂机构绕轴运动的过程中，带动减震轮在圆弧导轨件1上运动，同时减震轮又反过来支撑悬臂结构，那么减震轮就有如下4个设计要点：①减震轮应能绕轮轴全回转，这样减震轮在与轨道配合的运动副中能始终保持减震轮与轨道处于相切方向，以实现顺利的绕轨行走，否则就会卡死。②减震轮需有一定的减震功能，并刚度可调，这样既可对悬臂结构进行辅助支撑，同时也不至于在行走过程中碰到高点而卡死。③轴承的选用上，既要使减震轮能实现全回转，也同时要考虑轴承能进行自由的上下缓冲减震。基于以上考虑，如果选用常规的球轴承或者滚子轴承，虽然球轴承与滚子轴承与支撑轴的过渡配合导致全回转很容易实现，但难以实现轴向的上下缓冲运动，且为了保证导向的稳定性，轴承与支撑轴的配合长度要足够长，因此最终选择了铜套。铜套的耐磨性好，同时可以减少对支撑轴的损伤。④在减震材料的选用上，减震材料无非是各种弹簧、蝶簧、板簧，此处要考虑弹性可调。弹簧的弹性在调试中截取长短比较麻烦，且对于重载，弹性系数不高，这里选用了最容易操作的件10蝶簧，调整弹性刚度时只需将蝶簧数量进行调整即可。蝶簧要起到减震作用得有两个独立的作用面同时套在固定轴上进行上下运动减震，故件9轮架设计为带轴支撑，蝶簧在回转运动过程中同时受缓冲力的挤压，容易对承载缓冲端面产生摩擦，出于对缓冲端面保护考虑，上下两端面均增加了件11铜环。

件13铜套设计如图2所示结构，法兰便于安装到件16安装座上，外圆与件16内孔进行配合，内孔与件9轮架的支撑轴小间隙配合，这样件10蝶簧套在轮架的支撑轴上，支撑轴的上端穿过铜套后用锁紧螺母对蝶簧进行预紧，同时用薄型螺母将锁紧螺母锁紧。压板将铜套压紧安装同时隔离蝶簧减震时对铜环的冲击，同时隔板外再加一铜环11耐磨对压板形成保护，同理，在轮架支撑轴的下方也加一铜环11对轮架形成保护。

最后件16安装到悬臂结构上，这样在悬臂结构和回转导轨之间形成对悬臂结构的支撑，在调试过程中，还可以进行蝶簧的增减，锁紧螺母的松紧调节来增强减震轮的支撑刚度，使系统在最佳的状态下运行。

通过以上结构的设计，这样当绕轴运动的悬臂结构在绕轴电机的驱动下绕轴运动，悬臂结构则通过件16安装座带动整个减震轮系统在既定圆弧导轨上运动，同时减震轮对悬臂结构进行自适应反作用支撑，悬臂结构也回转更加平稳、安全。在回转过程中，因导轨是圆弧形，导轨与车轮形成运动副，导轨会逼迫车轮进行自身的全回转以适应导轨的形状，这样轮架的支撑轴会在铜套内进行自适应回转，同时铜套会带动轮架使减震轮始终沿着导轨的切向方向行进;在前进过程中，因导轨的公差，安装的误差，以及悬臂结构上的负载冲击等，都会对减震轮形成冲击，减震轮的蝶簧会吸收这些冲击而上下运动，而轮架的支撑轴能在铜套内部自由的上下运动把震动传递到蝶簧吸收。在回转过程其实蝶簧也是在进行回转的，因蝶簧上同时有冲击和预紧力，在回转过程中会产生很大的摩擦，故用铜环11进行上下保护后，大大减少了蝶簧对其他件的损坏，同时便于更换，另外铜环的摩擦系数小，也减小了摩擦力。

减震轮的安装，首先将减震轮组件全部组装完毕后方可将组件沿导轨推送到悬臂结构安装位进行安装。由图2可知，减震轮系统的总高度是高于悬臂结构与导轨之间的距离。在安装减震轮之前得把轮架支撑轴上的锁紧螺母锁紧，压缩碟簧的间隙，这样减震轮组件就可顺利推送到安装位，对好孔位，螺栓锁紧即可，最后松开支撑轴承的锁紧螺母，释放碟簧的间隙，则减震轮复位到弧形轨道上，起到辅助支撑作用。

以上结构通过运行验证后得到了预期的设计效果。增強了系统运行的稳定性和系统刚度，增强了系统的安全性。

2 结语

通过运动分析、结构分析和合理的方案布局，以及后续的选型和结构优化等的操作，设计出比较优化的结构使我们的系统更安全可靠，使工厂的生产更安全，人民的生命更有保障，努力实践科学化的安全之路，减少事故，减少伤亡。

参 考 文 献

[1]成大先.机械设计手册——减（变）速器·电机与电器[M].北京：化学工业出版社，2010.

[2]邓星钟.机电传动控制（第三版）[M].武汉：华中科技大学出版社，2001.

[3]朱龙根.简明机械零件设计手册（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2005.

[4]孙桓，陈作模.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2000.