針對(duì)翻車機(jī)同步軸損壞的失效故障診斷與防碰撞技術(shù)

程勁松

（河北港口集團(tuán)秦皇島港股份有限公司第九港務(wù)分公司，河北，秦皇島 066000）

翻車機(jī)一般為出入口兩端雙驅(qū)動(dòng)控制，由一端的主電機(jī)擔(dān)當(dāng)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)。另一端根據(jù)入口電輸出力矩，再跟隨輸出驅(qū)動(dòng)力矩。這種力矩輸出方式的好處是能保證兩個(gè)電機(jī)輸出力矩同步，防止非同步造成同步軸的相對(duì)扭轉(zhuǎn)，造成設(shè)備損壞。但這種驅(qū)動(dòng)方式存在一個(gè)較大的隱患，當(dāng)入口驅(qū)動(dòng)輸出力矩的路徑上（同步軸、減速機(jī)連接脫開(kāi)）出現(xiàn)脫開(kāi)故障時(shí)，入口主電機(jī)輸出力矩就會(huì)突然失效，出口電機(jī)也會(huì)根據(jù)入口的主動(dòng)電機(jī)輸出力矩進(jìn)行自身調(diào)整，從而導(dǎo)致兩臺(tái)翻車機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)全部失去驅(qū)動(dòng)作用，而這時(shí)若翻車機(jī)恰巧翻轉(zhuǎn)在一個(gè)較大角度，就會(huì)因重力作用加速返回，此時(shí)制動(dòng)器尚未接收到閉合指令導(dǎo)致，翻車機(jī)不能有效制動(dòng)，最終使翻車機(jī)發(fā)生嚴(yán)重碰撞事故。

為了解決、預(yù)防翻車機(jī)因主動(dòng)電機(jī)輸出力矩失效而造成的翻車機(jī)翻轉(zhuǎn)失速碰撞事故，從同步軸與聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)單元安裝精確度調(diào)整技術(shù)及電氣控制等多方面實(shí)施改造創(chuàng)新，預(yù)防及根治翻車機(jī)驅(qū)動(dòng)單元因意外失速造成的翻車機(jī)翻轉(zhuǎn)碰撞事故。

基于此通過(guò)研究雙驅(qū)動(dòng)單元的組成及力矩輸出形式，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)檢查設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，組織制定并實(shí)施了一套關(guān)于預(yù)防、根治此種情況發(fā)生的技術(shù)革新措施。并通過(guò)實(shí)際試運(yùn)轉(zhuǎn)觀察，設(shè)備的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)正常，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，從而保證了設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行,提高了生產(chǎn)效率。

1 避免齒式聯(lián)軸器的斷裂改造

翻車機(jī)失速故障后加速返回，其中主要問(wèn)題應(yīng)集中在分析其直接原因是電機(jī)與減速機(jī)之間的同步軸的齒式聯(lián)軸器外齒圈斷裂，致使同步軸軸向發(fā)生位移，使整個(gè)傳動(dòng)齒脫開(kāi)，這就使得電機(jī)的輸出力矩不能傳導(dǎo)到減速機(jī)。其斷裂位置如圖1。

圖1 翻車機(jī)斷裂故障圖

經(jīng)過(guò)對(duì)斷裂面及磨損痕跡的研究檢查判斷認(rèn)為，同步軸存在一定擺動(dòng)，而內(nèi)齒塊與外齒圈突出部分部分間隙過(guò)小，在內(nèi)齒塊擺動(dòng)時(shí)過(guò)度擠壓齒圈凸臺(tái)。

針對(duì)這一情況我們從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，決定在原有聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改動(dòng)，以避免上述擠壓情況的發(fā)生。我們將外齒圈止擋突出部位加工切削掉2mm，使原有軸孔增大，在保留原有止擋密封作用的同時(shí)增大內(nèi)齒塊在齒圈內(nèi)的有效活動(dòng)范圍，使一般情況下的擺動(dòng)不會(huì)發(fā)生擠壓，從而杜絕了發(fā)生斷裂情況的根源。

首先由于密封處采用的是O型圈密封，雖然框架處切削使縫隙變大，但O型圈的密封性能不受影響， 整個(gè)零件的密封性能也不會(huì)受到影響。其次由于對(duì)外齒圈止擋的加工切削只切削掉一部分，因此仍然有突出部分可起到止擋作用，能夠抑制同步軸的軸向攢動(dòng)。所以此種改造對(duì)零部件的原有功能不會(huì)造成損壞，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的改造目的。在未實(shí)施改造前此處聯(lián)軸器先后在1個(gè)月內(nèi)發(fā)生了3次斷裂情況，在更換成改造后的聯(lián)軸器后使用至今的半年內(nèi)再?zèng)]有發(fā)生過(guò)斷裂故障。

2 防止同步軸過(guò)量位移改造

造成翻車機(jī)失速并加速返回的另一個(gè)主要原因是，同步軸的軸向定位方式太過(guò)單一，一旦聯(lián)軸器斷裂整個(gè)的軸向上就沒(méi)有了其他定位來(lái)抑制其過(guò)度移動(dòng)，同時(shí)齒式聯(lián)軸器本身的齒形嚙合面又小，這就導(dǎo)致較小的軸向位移就能使聯(lián)軸器的傳動(dòng)嚙合齒脫開(kāi)，從而失去傳動(dòng)功能。

在改造聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)的同時(shí)我們又考慮到增加限制軸過(guò)度位移的功能部件也可以減少同步軸失效的可能，增加保險(xiǎn)程度。通過(guò)對(duì)電機(jī)與減速機(jī)之間同步軸整體結(jié)構(gòu)的剖析，我們發(fā)現(xiàn)在同步軸電機(jī)端存在增加限制零件的可能。

因?yàn)樵谕捷S減速機(jī)端聯(lián)軸器存在限制軸向位移的止擋板以及上文中所述的止擋凸臺(tái)所以能較好的定位同步軸，但在電機(jī)端的同步軸卻缺少了止擋板這個(gè)結(jié)構(gòu)。

由此我們研究在電機(jī)端同步軸處加裝可調(diào)整厚度的限位移擋塊，并借助電機(jī)軸頂絲螺紋孔固定牢固（如圖2）。

圖2 電機(jī)端同步軸處加裝限位移擋塊示意圖

這樣即使減速機(jī)端聯(lián)軸器再次發(fā)生故障，同步軸也會(huì)因電機(jī)端的止擋塊限制不能發(fā)生過(guò)大位移，造成嚙合齒脫開(kāi)。

通過(guò)上述兩種改造就有效防止了因同步軸失效而產(chǎn)生的翻車機(jī)碰撞事故的發(fā)生。保證設(shè)備完好，生產(chǎn)順利進(jìn)行。

3 實(shí)施更加精準(zhǔn)的測(cè)量安裝方式

就發(fā)生同步軸斷裂故障我們也做了相當(dāng)?shù)姆治觯ㄟ^(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)檢查，以及理論推演發(fā)現(xiàn)，在翻車機(jī)驅(qū)動(dòng)總成安裝過(guò)程中存在一定誤差，這是造成同步軸斷裂的重要原因。這種誤差集中表現(xiàn)在電機(jī)減速機(jī)對(duì)位、對(duì)中不夠精準(zhǔn)上。原有的施工測(cè)量安裝方式是利用水平儀與經(jīng)緯儀進(jìn)行測(cè)量對(duì)中，但此種方法的測(cè)量精確度受到儀器本身精度限制誤差在2mm～5mm以內(nèi)，相對(duì)于比較老舊的翻車機(jī)較大的誤差更容易產(chǎn)生更劇烈的擺動(dòng)、晃動(dòng)量，因此2mm～5mm誤差顯然不能夠滿足現(xiàn)在的使用要求了，所以需要一種更加精確可行的測(cè)量安裝方式。

經(jīng)過(guò)我們的實(shí)際觀察及研究，決定使用數(shù)字激光對(duì)中儀進(jìn)行測(cè)量安裝。這種對(duì)中儀的最大精確度可達(dá)到0.005mm，完全能夠滿足現(xiàn)有設(shè)備的精確度要求，而且這種對(duì)中儀使用簡(jiǎn)便，對(duì)于維修調(diào)整有一定的提示作用，方便調(diào)試。但相對(duì)的此種儀器也有一定的局限型，他需要在三個(gè)不同的角度上分別取值才能獲得對(duì)中數(shù)據(jù)，因此我們對(duì)翻車機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行了轉(zhuǎn)速調(diào)整，利用變頻電機(jī)速度可調(diào)的特性使電機(jī)已極慢的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)中儀不同角度的測(cè)量，達(dá)到對(duì)中儀測(cè)量調(diào)整的目的。

首先，維修人員將電機(jī)與減速機(jī)之間的同步軸罩子等雜物摘除清理干凈，分別將對(duì)中儀的兩個(gè)激光發(fā)射器安裝在電機(jī)的輸出軸以及減速機(jī)的輸入軸的裸露部分上。

對(duì)中儀的激光發(fā)射裝置有效測(cè)量距離10m，電機(jī)減速機(jī)間距約1.8m，在使用過(guò)程完全符合距離要求。

然后，通過(guò)降低翻車機(jī)驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速至手動(dòng)可控范圍（通常至1N/S），這樣就可避免在變換對(duì)中儀角度獲取數(shù)據(jù)時(shí)，轉(zhuǎn)速過(guò)快導(dǎo)致對(duì)中儀撞擊損壞的情況發(fā)生。點(diǎn)動(dòng)操作翻車機(jī)輕微翻轉(zhuǎn)，分別在3點(diǎn)、12點(diǎn)、9點(diǎn)鐘三個(gè)位置獲取數(shù)據(jù)，最終得到測(cè)量結(jié)果及調(diào)整提示。

根據(jù)設(shè)備提示可對(duì)電機(jī)端進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，且調(diào)整時(shí)精確度可依照設(shè)備顯示，其精度可控制在百分之一毫米，相比傳統(tǒng)的水平儀、經(jīng)緯儀的毫米級(jí)有很大提高，也省去了架設(shè)水平、經(jīng)緯儀的步驟，無(wú)論準(zhǔn)備工作還是調(diào)整工作都有很大簡(jiǎn)化，使整個(gè)檢測(cè)調(diào)整工作更易進(jìn)行。

4 修改控制程序改進(jìn)翻車機(jī)制動(dòng)機(jī)制

在能夠造成翻車機(jī)失速碰撞的原因當(dāng)中，翻車機(jī)制動(dòng)器關(guān)閉原理的缺陷是一個(gè)重要因素。原有的翻車機(jī)制動(dòng)器關(guān)閉機(jī)制是靠驅(qū)動(dòng)電機(jī)的編碼器檢測(cè)到電機(jī)轉(zhuǎn)速異常才會(huì)發(fā)出信號(hào)，從而連鎖制動(dòng)器關(guān)閉制動(dòng)。但這種方式反映時(shí)間遲緩，從發(fā)生同步軸斷裂翻車機(jī)失速，到電機(jī)編碼器檢測(cè)到電機(jī)異常給出制動(dòng)信號(hào)，再到制動(dòng)器徹底閉合有效制動(dòng)，這期間約需要5s～8s中的時(shí)間，如此長(zhǎng)的時(shí)間完全不能夠滿足在翻車機(jī)發(fā)生碰撞事故之前有效制動(dòng)翻車機(jī)條件，因此需要改進(jìn)制動(dòng)器確定閉合制動(dòng)機(jī)制，從根本上解決制動(dòng)器不能及時(shí)制動(dòng)翻車機(jī)的弊端。

經(jīng)過(guò)研究我們將原有的制動(dòng)條件及檢測(cè)方式做了一定修改，減短了制動(dòng)條件的獲取途徑和制動(dòng)條件的評(píng)定方式。

首先我們發(fā)現(xiàn)翻車機(jī)同步軸斷裂翻車機(jī)失速帶來(lái)的直接表現(xiàn)就是出入口電機(jī)的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)巨大差值，因此若在此種差值較小時(shí)就發(fā)現(xiàn)并給出制動(dòng)信號(hào)，就可在事故發(fā)生的初始階段通過(guò)制動(dòng)器的閉合制止事故的發(fā)生。所以我們將出入口兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速做了對(duì)臂篩選，若每秒兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速相差30（約1/3轉(zhuǎn)）則計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次，并反饋給制動(dòng)器控制單元，制動(dòng)器得到信號(hào)閉合制動(dòng)翻車機(jī)。

上述技術(shù)分別從設(shè)備結(jié)構(gòu)、安裝調(diào)試方法、電氣控制程序等4個(gè)方面對(duì)防止翻車機(jī)失速發(fā)生碰撞進(jìn)行了技術(shù)革新探索。為翻車機(jī)平穩(wěn)、安全運(yùn)行提供了有效保障。