原料场单斗轮取料机备件长寿研究与应用

侯春祥

（河钢邯钢集团物流公司，河北 邯郸 056000）

单斗轮取料机做为钢铁企业原料场主要的设备，由于本身作业率较高，设备磨损和损耗较大，特别是设备部件大部分非标且费用高，其更换维护相对于胶带机等设备比较困难，因此在日常维护、检修等工作量中占很大比例，以邯钢原料场为例，其维护检修工作量占料场总的工作量的30%以上；备件成本占用比例更高，约占料场总备件成本的40%以上。

在市场经济竞争严峻的背景下，成本控制是企业最为有效的竞争优势。为此，河钢邯钢技术人员针对单斗轮取料机常用备件（如车轮组、斗子、斗轮体、溜槽等）的使用寿命增加进行了探索研究，取得了明显效果。

1 取料机取料斗的长寿命改进

单斗轮取料斗和双斗轮取料斗为料场常用消耗件，在日常设备检修中也消耗了较多人力成本，其在线的备件完好情况对整机作业效率影响较大。因此我们针对斗子进行长时间的研究优化。

1.1 斗子主体钢板材质的改进

经过我们几年的持续改进，斗子主体钢板材质从Q235 到Q345B 再到NM400[1]。

几种钢板的应用对比：

（1）普碳钢的使用情况：邯钢物流公司二料场最初随主机采用的普碳钢（Q235）耐磨性较差，屈服强度低，斗子不仅磨损较快，而且由于取料工况恶劣情况下，斗子极易形变和撕裂，造成备件报废。

（2）Q345B 的使用情况：由于普碳钢斗子的寿命过短，邯钢继而采用了锰板（即Q345B），斗子本身强度、刚度、耐磨性得到了一定程度的提高，备件寿命有一定程度的提高。但是斗子的形变有时仍会发生，斗口部位的磨损情况仍很严重，需要继续探索更好的材料[2]。

（3）随着钢铁技术的发展和推广，2017 年开始我们开始实验采用河钢舞钢出品的特种钢板NM400，NM400 为高强度耐磨钢板（其化学成分见下表），具有相当高的机械强度，其机械性能是普通合金钢板的3 倍到5 倍，其硬度（HB）可达360-430，可显著提高机械相关部件的磨损耐性。由于斗子制作精度要求不高，钢板的火焰切割方法方法与普通低碳和低合金钢的切割一样简单，制造工艺成本增加不多[3]。

斗子采用NM400 后，其耐磨性和抗变形能力得到了明显提高，使用近3 年以来极少因为斗子本身形变造成的备件报废。

1.2 斗子结构的长寿命改进

（1）在长期使用过程中，我们发现斗子固定孔磨损过快造成斗子晃动进而造成失效，针对此问题我们首先对斗子三个固定点处的钢板进行了加厚处理，两侧固定点钢板从原来16mm增加到25mm，中间点钢板从12mm增加到20mm，改进后情况得以明显改善。后期采用上述NM400钢板以后，孔磨损问题得以基本解决。

（2）尽管NM400 钢板使斗子本体的耐磨性和强度问题得以基本解决，但是在后期的使用过程中我们发现斗口两侧（两角部位）磨损快于其它部位（图1），限制了斗子寿命的提高，对此我们采取特殊结构设计，有效的解决了这一问题：根据斗子磨损情况和机理，我们在斗子两侧磨损部位增加磨耗块，为了更好的提高磨耗块的耐磨性和寿命，我们在磨耗块表面采用了Fe-Cr-v堆焊合金（图2）。

图1 采用NM400 后两侧磨损

表1 NM400 牌号和化学成分（Wt，%）

图2 针对问题增加磨耗块，其快于其他部位表面堆焊Fe-Cr-v 合金

（3）Fe-Cr-v 堆焊合金中铁素体以及马氏体共同构成了基体组织，碳化物主要包括（Cr，Fe）23C6。Fe-Cr-v 堆焊合金当中的晶界碳化物（Cr，Fe）23C6的分布为条状以及断续网状分布，可形成耐磨骨架，阻碍磨粒锲入、减少磨粒切削量。避免连续网状碳化物产生非常强烈的脆性，使堆焊合金产生非常理想的耐磨性。根据我们多次跟踪改进，堆焊厚度在5mm～6mm 即可，其堆焊参数如下。

表2 推荐的堆焊工艺的参数

通过上述的改进（图3），河钢邯钢料场取料斗子的使用寿命从最初的3 个月左右，提高到14 个月以上，在降低备件费用，提高设备保障能力，节约检修力量方面取得了明显效果。

图3 斗子综合改进图

2 行走车轮组的长寿改进

车轮组作为堆取料机设备最为关键的备件之一，不仅对整车的运行稳定性至关重要，而且一旦出现故障，严重情况下可导致整机倾斜等恶劣事故，事故恢复困难。由于料场的逐步大型化和设备取料能力不断提高，设备自重也越来越重。为了配套主机设备，其行走车轮组的数量也在增加，以邯钢二料场为例，其单斗轮取料机的车轮组在30 组以上，堆料机28 组以上（含尾车）。

图4 行走车轮组在线磨损情况

图5 更换下来的行走轮组

目前大部分原料场的堆取料机轨道的基础多为道砟基础，随着使用时间的增长，其基础沉降和轨道形变磨损等逐渐严重，造成了行走车轮组的磨损加剧（图4，图5）。由于较多的车轮在线数量，其更换检修维护量十分巨大，备件消耗也十分严重。

鉴于上述原因，我们对车轮组进行持续改进：

（1）考虑到备件综合性价比，我们选用了35SiMn钢，经过调质处理。35SiMn钢是一种性能较好、比较经济的合金调质钢，钢的淬透性好，在水中临界淬透直径达24mm～47.5mm，在油中临界淬透直径达11～27.5mm，调质后具有高的强度和耐磨性，并且有良好的韧性和耐劳强度，其可切削性也较好，冷变形塑性中等。

（2）在提高车轮材质方面综合性价比比较困难的情况下，我们对车轮结构进行改变，主要对车轮轮沿厚度进行加厚，由原来的25mm 增加到35mm，其重量增加为：［Π*0.322（轮沿外径的平方）-Π*0.252（轮沿内径的平方）］*0.02（增加的轮沿厚度）*7.85（钢密度）=0.0197（吨）。以单斗轮主动行走轮组为例（图6），轮组总重约为588Kg,增加重量40Kg（含筋板增加重量）,增加不到8%，考虑到制造的成本增加不会超过10%，但是其可磨损增加25-15=10mm（按照轮沿剩余10mm 就更换考虑吧），增加10/15=66%，综合性价比增加不低于50%。对于从动轮车轮组我们目前采取了进一步增加寿命方案，就是将轮体整体换向，这样可以使综合性价比提高近100%。

图6 车轮改进图

图7 改进后的行走轮

3 单斗轮取料机斗轮体的长寿命改进

斗轮体为单斗轮取料作业的关键部件，作业工况复杂恶劣，物料冲刷严重，磨损锈蚀现象突出，备件本身价格昂贵，其检修更换由于涉及到整车平衡需要拆除配重块等作业而需耗费大量人力和物力，其使用寿命的延长尤为重要和必要[4,5]。

经过多年的维护和检修经验，我们总结出斗轮体损坏的原因主要有：因斗轮体主轴两端轴承损坏造成轴磨损（特别是非驱动端）；轮体副板磨损；斗轮体四周轮沿板磨损，特别是斗子固定孔的磨损。

（1）对斗轮轴承损坏我们通过分析发现主要原因就是从轴承座和轴之间的缝隙中挤进物料导致轴承损坏，次要原因是轴承润滑不良。针对这些问题我们分别进行了改进。

（2）改进轴承座的密封结构，由原来的单密封改进为迷宫密封和骨架油封双密封（如附图8 和图9）。

图8 斗轮轴非驱动端密封改进

图9 斗轮轴驱动端密封改进

（3）增加轴承座防护罩，减少物料进入轴承座的机会（如图10，图11）。

图10 防止积料的防护罩

图11 驱动侧的轴承座防护罩

（4）增加电动自动润滑，由于取料斗部位润滑点较少，离主机润滑点较远，我们在该部位采用了电动自动多点泵，可以实现点对点的按时自动加油，由于主泵和润滑点很近，润滑效果非常好。

（5）经过上述的改进，通过近几年的轴承开盖检查，轴承几乎没有再进入物料，润滑效果也很出色。

轮体副板磨损严重的问题，首先这些部位的钢板全部采用NM400 板替代原来常规采用的Q345B，另外在重点磨损部位增加16mm 厚的NM400 材质的磨耗板（见附图）。在副板的其他部位采用6mm 厚的陶瓷衬板，以增加耐磨性和抗锈蚀能力（见附图12，图13）。

图12 斗轮体改进

图13 斗轮体副板黏贴陶瓷衬板效果

斗轮体四周轮沿板磨损，特别是斗子固定孔的磨损问题，我们采取了相应改进对策：这些部位的制作原材料钢板全部采用NM400 板，对于斗子安装孔位置，我们采用20mm 厚的40Cr 热处理过的加强耐磨块进行了加固处理，事实证明这一改进非常有效（图14）。

图14 40Cr 耐磨块加强安装孔的耐磨

除这些改进以外，我们还对卸料板等部件进行了改造，以减少积料对斗轮体的磨损（见附图15，图16）。通过上述一系列改进，斗轮体寿命由3 年左右增加到至少6 年以上，备件综合性价比提高80%以上。

图15 卸料板改进示意图

图16 实际改进效果

4 单斗轮取料机其他部件备件的改进

邯钢第二料场单斗轮设备投产已经近13 年的时间，臂架在长期的使用过程中锈蚀和磨损非常严重（图17）。由于前端布置斗轮体等重量较大部件，臂架本省形变也较严重。臂架为取料机结构件，其更换更加困难。2018 年大修时，我们对臂架也进行了改进，将前段物料冲刷部位全部采用NM400 钢板，这样一是增加耐磨性，二是可以增加臂架的刚度和强度，减少臂架前端的形变。另外我们还在臂架一些部位增加了导料板（图18），防止长期的积料对臂架钢板的锈蚀。

图17 更换前的斗轮磨损情况

图18 增加导料板涂重度防腐漆

漏斗溜槽磨损损坏也是料场常见现象之一，对此我们做了深入的研究和改进，详见我们的论文《输送机物料转运点漏斗长寿优化研究与应用》，发表在《中国机械》2020 年第四期，在此不再详述。对臂皮带机尾改向滚筒的改进同样取得了良好效果。针对臂皮带容易跑偏掉料，尾滚筒磨损快，轴承容易损坏等问题，我们采用了聚氨酯鼓形胶面滚筒成功的解决了皮带跑偏严重，胶面磨损过快问题；通过对滚筒轴承座增加密封密封，和斗轮体一样增加自动润滑也成功解决了滚筒轴承易进料损坏的问题。

原料场各种仓口和溜槽口篦板改进可参考我们发表的论文《原料场料仓和皮带机漏斗篦板长寿命优化研究》，《中国金属通报》2020 年5 月上期。

5 结语

在单斗轮取料机诸多改进改造项目成功实施的情况下，河钢邯钢单斗轮取料机整体作业率明显得到了提升，备件消耗和检修力量的投入得到了有效控制，设备故障、事故明显的降低，设备保持了良好的运行状态。