操作机钳杆旋转减速机失效分析

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1、-D-重 型 机 械 AAAAAAAAAAAAAAAAAADE=D- $D操作机钳杆旋转减速机失效分析陈宏伟 =谢春普 =张树庆 =王高锋 D#=f沧州东塑集团沧州明珠塑料股份有限公司& 河北 A 沧州 AE=EEE,Df 中国重型机械研究院有限公司& 陕西 A 西安 AQ=EE?D$摘 A 要本文针对操作机钳杆旋转减速机常见的失效问题& 通过 OHOY O 软件对减速机运行时力矩大小变化进行模拟 & 对操作工艺 ( 过载等因素进行详细分析 & 探讨了钳杆旋转减速机在运行过程中产生失效的原因 * 并对减速机设计时参数的选择 ( 过载保护系统等方面提出了建议 *关键词操作机 ,钳杆旋转减速机,减

2、速机失效 ,OHOYO中图分类号 a?=BAA文献标识码OAA文章编号=EE=6 =C$ DE=DED6 EED6 EF6 %/( )11 $%B/( 2/&$%$8 %00(%= (, B, . . $&/&$%. , 25+&$%3 $C %8$. =%= # /%05(/&$.%( 5#(3VWN, : 8& $ !5% )VN& _( O#c)N08VW& b O#cc73N: VW#=f% 7VW-)3Y 8VW-I 97U*82 %3f& e*;f & %7VW-)3 H3VWUc Z3+ & %7VW-)3E=EEE& %)8V7,Df% )8V7 # 7*83V79 ( : 7

3、dT Y 72)8V:ZT K: U: 7Z2) !VU*8*: %3f& e*;f & $ 8g7V Q=EE?D& %)8V7$6 31&. /+ &% O223Z;8VW*3 *):234 4 3V 8Vd798;7*83V +): V34 :V7 322ZZ8VW*3 3ZW8VW4 7V8+97*3ZV8+98VW9: d: ZZ3N*7*83V W: 7Z R3.7V; 8*U72*7 9 , 3Z18VWU*7*U& *):2)7 VW: 3 *): *3ZU83V ;Z 8VW*): ZVV8VW3 *): W: 7Z R3., 7UU84 97*: ; , 8*)OHOY O

4、 U3*, 7Z: & 7V; *):3+: Z7*8VW*: 2)V80: U 7V; 3d: Z937;8VW72*3ZU , 7U 7V79T-: ;f):Z:7U3V 3 *): V8+98VW9: d: ZZ3*7*83V W: 7ZR3.8Vd798;7 *83V 8V , 3Z18VW+Z32:UU8U;8U2UU: ;f 34 : 7;d 82: 3V +7NZ74 : *: ZUt Z7*83V79 2)382: & U*7V;7Z;8- 7*83V 33+: Z7*8VW+Z32: UU7V;3d: Z937;8VW+Z3*:2*83V 7Z: W8d: Vf ,) ?-带

5、动大车行走减速机 & 再带动链轮来实现的 *冲击巨大 ( 频繁 & 频繁制动 & 夹持锻件偏心引起=DA 钳杆旋转装置结构的载荷变化大 & 可控性差 *钳杆旋转采用大力矩液压马达后置驱动& 通操作机钳杆旋转减速机常见失效形式有以下过减速机输出轴的小齿轮与位于回转套筒上的大几种 %齿圈啮合 & 将旋转动力传递到回转套筒上& 回转#=$减速机 与机架相联螺栓(定位销剪切套筒与钳头用螺栓连为一体 & 从而带动钳头旋转 *破坏 ,钳架前后轴承分别安装在前后轴承座中 & 均采用调#D$减速机机体破坏 ,心滚子轴承 & 前调心滚子轴承主要用于承载径向#?$减速机输出小齿轮和大齿圈严重磨损&力& 后调心滚子

6、轴承用于消除钳架在旋转过程中弯如图 F 所示,曲变形对轴承产生的附加力 * 两个旋转液压马达和#F$减速机本体轴 ( 行星架断裂等 # 图 F$*齿轮位于钳身后部 & 其机构的结构如图 D 所示*=后座 AD旋转马达 A? 后轴承 AF 后轴承座B小齿轮 A 大齿轮 AQ回转套筒 AJ 前轴承C对中缸 A=E 前轴承座图 FA 小齿轮磨损失效和行星架断裂失效M8WFA! Vd798;7*83VU3 +8V83V , :7ZN;3 , V 7V;: +82T2982 W: 7Z Z74 : 2Z721图 DA 钳杆及钳头旋转装置结构图?A 失效原因分析M8WDA* Z2 *Z: 3 Z3*7ZT

7、 7+7Z7*U 3V8+98VW9:d: Z 7V; *3VW): 7;#=$钳杆旋转减速机的输出工作转矩ED和钳杆旋转减速机由液压马达驱动& 其里面装输出最大转矩ED4 7.计算是否考虑准确& 特别是ED4 7.& 这两个参数是钳杆旋转减有弹簧制动液压开启的摩擦片式停车制动器& 由输出最大转矩速机的设计依据 *ED两级或三级行星减速器和输出小齿轮组成* 减速按照公称载荷能力来计算机通过螺栓连接在操作机机架上*钳杆旋转减速及 ED4 7. 时& 还需要考虑锻造主机冲击载荷的影机存在频繁启动和制动 & 频繁正反向回转运动 &响* 根据相关资料 & 建议取减速机 ! O DDB*工况非常恶劣 &

8、 其结构原理如图?所示*#D$由于钳杆是通过两个或四个钳杆旋转减速机来共同驱动的 * 多个钳杆旋转减速机的输出小齿轮和钳杆上的大齿圈进行多点啮合* 依靠液压系统能否实现多点啮合的均载性& 还需要深入探讨 & 建议研究多点驱动采用柔性支承机械结构的可行性 & 以有效减缓冲击 & 均衡载荷 *#?$压机产生的巨大反力矩通过液压系统缓冲或释放 & 而不对减速机产生冲击和过冲击图 ?A 钳杆旋转减速机两级行星传动原理图破坏 & 目前看来 & 未能很好的解决*轴向缓冲M8W?A Z7VU4 8UU83V +Z8V28+9: 3 *, 3NU*7W: : +82T2982是被动缓冲 & 其轴向缓冲由操作机

9、的轴向缓冲W: 7Z8V V8+98VW9: d: ZZ3*7ZT Z: ;2 *83V R3.油缸吸收&垂直方向缓冲则由压机吸收*这样 & 对操作机而言& 由于锻件偏心& 变形等产DA 减速机工况及失效形式生的垂直力 # 或转矩 $ & 则无缓冲吸收环节& 只能通过夹钳 * 大齿轮 *小齿轮 *减速机 *液压钳杆旋转减速机工况 % 频繁正反转动 & 瞬间马达 * 液压系统后释放& 这对减速机而言是极-F-重 型 机 械 AAAAAAAAAAAAAAAAAADE=D- $D其不利的 *另外 & 从理论分析可知& 当钳口同时受到水平和垂直方向两个力时& 缓冲效果将会大打折扣& 理论分析可达BEj

10、& 这主要是由于缓冲油缸为水平布置的结构所定*一般的概念认为& 减小缓冲油缸设定的溢流阀开启压力 & 让水平缓冲油缸尽早发挥缓冲作用& 保护操作机系统* 其实不然 & 若过早打开水平缓冲缸 & 则会加大钳口所受到的来自锻件变形的垂直载荷 & 反而会对操作机更加不利* 因此 &何时打开 & 每个有经验的厂家根据自身的设计及现场调试经验均有所不同*#F$ 锻件偏心或过长时更容易产生上述问题* 现场了解到 & 特别是长轴件 & 由于偏载过大& 工作非常困难 & 如某操作机加工只有额定重量 =Bj的长轴件时& 用最大压力却很难转动*而正常锻造时 & 加工额定重量=DEj 的工件 & 均可正常工作 *下

11、面是对锻件偏心进行的仿真计算%钳杆旋转机构是通过液压马达带动齿轮进行旋转运动的 *此处液压马达最高压力为DE Y I 7&转速范围为E i =J Z&4 8V6 = & 驱动力矩为?BQE#- 4 & 大齿轮上获得的扭矩为 大 q #U大 =U小 $ -q =EJCQJCF # -4 *通过 OHOY 软件模拟锻件在不同偏心值时的力矩大小变化来确定危险工况*仿真初始 & 钳口位于垂直位置& 以夹钳旋转的最快速度 #=J Z&4 8V$ 驱动 B* 锻件旋转 * 在仿真过程中 & 定义 4 3*83V 函数为 #D +8&?$ 的恒定速度驱动钳杆旋转 & 观察驱动力矩大小的变化曲线#图 B$*首

12、先 & 假设钳口夹持锻件不偏心& 此时力矩变化曲线如图B 所示 * 仿真初始锻件要克服锻件轴承的摩擦力矩 ( 启动时的惯性力矩等 & 力矩值变化较大 & 最大值为 B # - 4 * 仿真一段时间后& 力矩基本稳定在 E # - 4 *图 BA 锻件不偏心时力矩变化曲线M8WBA3ZU83V d7Z87*83V 7U3ZW: +8: 2: 8UV3* 3N2: V*: Z实际锻压过程中 & 锻件与钳杆有一定的角度存在 & 这对力矩影响非常大 * 要使锻压过程始终处于安全工况 & 就有必要对锻件不同偏心角对力矩大小的影响进行分析 & 如图 所示 *图 A 不同偏心角度力矩变化图M8WA3ZU83

13、V d7Z87*83V 7* ;8: Z: V* 3N2:V*:Z 7VW9: U图 分别为锻件偏心角度在Bk( k(Qk( Jk时& 保持钳杆机构以=J Z&4 8V 旋转 & 驱动力矩大小随时间的变化曲线& 力矩最大值分别为J=C# - 4 & =E?F?# - 4 & =DE?# -4& =?JJ #- 4*由于 B * 操作机液压马达提供的最大力矩为=EJCQJCF # - 4 & 因此 & 比较上述各值大小& 可知本例中锻件在偏心k以下为安全工况 *由此得到 =?JJ &=EJCJ q =B& 即超载约 =B倍* 实际工作中偏心角度变化多样& 有时会更大& 因此应探讨合理控制夹钳操作

14、油缸的工作压DE=D- $DAAAAAAAAAAAAAAAAAA重 型 机 械-B-力& 使其在偏心超载过大时& 具有一定的打滑卸载能力 *#B$ 现场操作工的水平对其寿命影响巨大*如锻压长料时工件放不正 & 有偏心 , 工件正旋转时 & 压机就开始工作 , 其中最为严重的是工件还未放在砧板上 & 压机就开始工作 * 另外跟操作工艺有关 & 例如停车制动 & 是否需要频繁制动等 *#$ 一般来说 & 钳杆旋转减速机的速比大于FE* 如图 ? 所示 & 对于两级行星齿轮传动结构&如果用在大速比 # 4o ?J$ 的减速机上 & 就对减速机的等强度提出了挑战 * 因为这将造成高速级速比大于 =E&

15、 结构上又有尺寸限制& 不能过大&因此太阳轮比较小 & 两级行星传动不易形成等强度传动 *#Q$ 液压缓冲保护系统在整个系统最末端&其响应时间太慢& 从而造成其最弱环节损坏*FA 改进措施及建议#=$ 精确核算驱动工作转矩 ( 最大工作转矩及最大冲击转矩 & 特别是最大工作转矩和最大冲击转矩最好能通过测量得到较准确的数值* 按其设计 & 并应留有一定的安全余量& 即按工作转矩设计时 & 工况系数应取! O DDB& 同时校核最大工作转矩和最大冲击转矩*#D$ 当速比大于?J 时 & 建议在结构上将二级传动变为三级传动& 提高减速机各级强度及各级之间的等强度*图 Q通过一个摩擦片制动器 ( 一级

16、圆柱齿轮传动和两级行星齿轮传动组成 & 并由一个小齿轮输出 * 这种结构就能很好的实现各级齿轮传动的等强度 & 并能提高各级齿轮传动的强度*#?$ 多点驱动应考虑采用具有均载及减缓冲击的可能性 *#F$ 在钳杆系统最前端增加过载保护系统&以有效实现对系统零部件的保护*图 QA 钳杆旋转减速机一级圆柱加两级行星传动原理图M8WQA Z7VU4 8UU83V +Z8V28+9: 3 3V:NU*7W: 2394 V W: 7Z+9U *, 3NU*7W: :+82T2982 W: 7Z 8V V8+98VW9: d: ZZ3*7ZT Z:;2 *83V R3.AA #B$加强培训& 提高现场操作工

17、的技术水平 *BA 结论本文对操作机钳杆旋转减速机失效原因进行了分析 & 对相关设计因素的选择进行了探讨和论述* 采用 OHOY 软件模拟锻件偏心值时对力矩大小的影响 & 增加过载保护系统防止巨大反力矩对减速机的冲击破坏 & 同时提出几点改进措施 &对操作机钳杆旋转减速机的设计提供参考*参考文献. =/ A 陈小俊 f=EE* HH 操作机的运动分析及其装配. / f安徽冶金科技职业学院学报& DE=E# =$% =J6 DEf. D/ A 赵绪平 f基于 H%c DEE锻造操作机的研制. / f科技成果纵横 & DE=E#= $% BQ6 BCf. ?/ A 梁音 f锻造操作机钳杆操纵过程的动力学特性分析. / f 重型机械 & DE=E#B$% ?J 6 FDf. F/ A 高惠敏 f锻造操作机缓冲装置的配置. / f重型机械& DE=E#D$% DFC6 DB=f. B/ A 蒋永富 & 蒋文波 & 冯玉平 fO 998U3V %e BJ= 型传动箱变速及受力分析 . / f石油矿场机械 & DE=#$f. / A 刘海柱 f基于 OHOY 锻造操作机钳杆机构的优化设计 . / f锻压技术 & DEEJ# ?$% =E6 =EJf