機場行李皮帶式轉彎機關鍵部件改造設計

陳衛鋒（上海國際機場股份有限公司機電信息保障部,上海 201100）

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機場行李皮帶式轉彎機關鍵部件改造設計

陳衛鋒
（上海國際機場股份有限公司機電信息保障部,上海 201100）

摘 要：本文針對虹橋機場皮帶式轉彎機多發的輥筒軸磨損故障進行深入的研究，尋找出故障原因，制定了有效的改進方案。

關鍵詞：虹橋國際機場；皮帶式轉彎機；輥筒軸；磨損故障

虹橋行李系統作為機場運行重要系統之一，擔負著為旅客提供行李交運及提取的服務［1-2］。皮帶式輸送機作為系統基礎組成單元，其故障率的高低直接影響系統的穩定性。而轉彎機的故障量最高，達50%以上，其中以輥筒軸磨損故障數量尤為突出。因此，如何改造設備進一步提高轉彎機的可靠性，一直是機場設備管理部門當下急需解決的問題［3-4］。

1 皮帶式轉彎機工作原理及磨損現象

轉彎機主要由驅動單元、支撐單元和保持單元組成。其采用電機驅動端部錐形輥筒軸的形式帶動皮帶。當設備在高速運轉過程中，輥筒軸時刻受到不同重量行李的載荷沖擊，而設備的運轉依靠其零件副相對運動來實現，會伴隨著產生摩擦和磨損等現象。經觀察，故障轉彎機不僅軸承磨損嚴重，連輥筒軸也出現了嚴重的磨損情況。

2 轉彎機輥筒軸的受力分析

轉彎機輥筒軸錐體的外形使其承受的不單單受到徑向力，還有軸向力。同時，由于貨物水平輸送的要求，轉彎機上面的皮帶要保持水平，轉彎輸送機上的輥筒的中心軸線呈非水平狀態，這使輥筒軸的內圓弧端更容易繞著外圓弧端發生偏轉。此外，由于系統設計的行李防撞功能，極大增加了設備負載時的緊急制動，加劇了對輥筒軸端部的載荷沖擊。

根據轉彎機輥筒軸的工作狀況，采用有限元法對該關鍵部件進行受力分析，為便于分析計算，本文使用Solidworks軟件，根據轉彎輸送機輥筒軸的實際尺寸建立三維模型，并進行了3D網格劃分。隨后要對零件材料屬性、邊界約束條件及施加載荷進行定義。根據輥筒軸的材料屬性，經查相關資料得到其材料屬性參數，如下表1所示。零件邊界條件：由于輥筒軸在轉動過程中，是通過兩端軸承固定支撐，因此約束條件應施加在輥筒軸的兩端并留有一個繞軸線旋轉的自由度。

表1 輥筒軸材料屬性

最后定義施加載荷，經查詢機械設計手冊可知［4］，皮帶與輥筒軸的摩擦系數kc=0.68左右，驅動電機的額定功率為P=1.1KW，轉彎輸送機的皮帶運行速度為vs=1m/s，根據下式（1）和式（2）可計算出輥筒軸的所受法向力Fn（沿輥筒軸表面切線方向）和切向力Ft（垂直于輥筒軸表面方向）：

通過上式（1）和（2）得，在電機額定功率工作下的輥筒所受大小Fn=1617.6N,Ft=1100N。

在求解器中設置好相關參數進行有限元仿真計算，求得該轉彎輥筒軸的變形分布圖和應力分布圖，如下圖1所示。

由于輥筒軸兩端有軸承座支撐方式，其輥筒軸的中部變形量最大，而通過上圖可知，輥筒軸的應力最大區域主要集中在在軸的兩端，靠近軸承支撐位置，這說明，對于輥筒軸結構其兩端支撐位置受到較大的應力變化且受到變形轉動的周期性擾動，軸承兩端支撐方式對輥筒軸的磨損及卡死有著重要關系，因此，需要根據輥筒軸的結構及受力方式選擇最佳的軸承支撐安裝方法。

3 改造設計

改造前的轉彎輸送機采用的是緊定螺釘形式軸承座，軸承座與輥筒軸的聯接是通過兩個調整螺釘緊頂著軸，使輥筒軸與軸承內圈緊密的連接在一起。由分析結果可知，在輥筒軸靠近軸承座的兩端，受到輥筒周期性的擾動及局部應力的變化，特別是依靠兩個調整螺釘提供輥筒軸的切向力所產生扭矩，調整螺釘在使用過程中容易產生松動、發生相對運動、產生摩擦、行程磨損，對輥筒軸和軸承都產生較大的損壞。

針對輥筒軸在工作過程中產生的擾動、沖擊及應力變化，應對原有螺栓緊固方式進行改造設計來避免軸承內圈與輥筒軸之間的相對運動發生。根據分析結果，本文選用脹緊聯接套的方式進行改造設計，選用了帶鎖緊套的脹緊軸承，其工作原理是通過高強度拉力螺栓的作用，在內環與軸之間、外環與輪轂之間產生巨大的抱緊力，以實現機件與軸的無鍵聯接。其特點是安裝調整方便、聯接穩定可靠，特別是在超載時，可以保證輥筒軸設備不受損壞，由于具有很好的自鎖性，非常適合重載傳動或有沖擊振動的使用場所。通過上述改造方案實施有效解決了機場轉彎機的輥筒軸磨損問題，保證了機場設備正常有效運轉。

4 總結

本文針對機場行李系統中轉彎機頻發故障，對該設備關鍵部件進行受力分析及改造設計方案。分析研究了其關鍵部件輥筒軸在工作過程中載荷情況，進行受力分析后發現了引起輥筒軸磨損的主要原因。根據分析結果對其改造成適合重載傳動或有沖擊振動的鎖緊套脹緊聯接方式，取得了很好的應用效果，提高了機場設備運行的可靠性。

參考文獻：

［1］陳文華.民用機場運營與管理［M］.北京：人民交通出版社,1999．

［2］高金華,王維.機場工程［M］.天津：天津科學技術出版社,2000.

［3］陸迅.機場旅客與行李流程規劃和仿真研究［D］.南京航空航天大學,2010．

［4］聞邦椿.機械設計手冊［K］.北京：機械工業出版社,2010.

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

作者簡介：陳衛鋒，工學學士，助理工程師，主要從事機場行李輸送設備運行保障工作。