螺旋埋弧焊管预精焊精焊外焊升降装置的改进

2020-09-08吴来友

焊管 2020年8期

吴来友，陈涛

（山东胜利钢管有限公司，山东淄博255082）

从德国进口的螺旋埋弧焊管预精焊机组主机全套设备，可生产规格为Φ610 mm～Φ1 626 mm的钢管。在焊接不同规格的钢管时，外焊机构需要升降定位。外焊升降系统主要由滚珠丝杠、直线滑轨、抱闸装置组成，电机带动滚珠丝杠实现升降。滚珠丝杠具有传动效率高、低速无爬行、运动可逆性、寿命长等优点。实际使用过程中，由于所受阻力较大，经常会出现丝杠脱落故障，严重影响生产效率。通过对升降系统结构进行分析，找出了丝杠脱落的原因，并设计了一套支承装置，对升降装置进行了改进。

1 改造前外焊升降系统结构

图1 改造前外焊升降系统结构示意图

改造前外焊升降系统结构如图1 所示。由图1可见，外焊机构通过螺栓连接固定在外焊连接板上。外焊连接板分别与滚珠丝杠丝母、 4 个直线导轨滑块和4 个锁紧滑块相连。直线导轨滑块沿直线滑轨做直线运动，当需要实现升降运动时，锁紧滑块收到信号松开，升降电机得电带动丝杠做旋转运动。在直线滑轨约束下，丝杠旋转运动转化为外焊装置的直线升降运动。当滚珠丝杠停止运动时，锁紧滑块抱紧直线滑轨成锁紧状态，从而使外焊机构稳定在工作位置。电机和滚珠丝杠通过锥形联轴器连接，锥形联轴器和丝杠通过摩擦传递扭矩，间隙小，属于无挠性连接，具有高刚性，同时轴向长度短，节省安装空间。但是与传统的键槽连接方式相比，当受到较大的阻力时，联轴器与轴容易脱开。

2 改进方案

针对联轴器容易脱开的问题，笔者对升降装置进行了改进。改造遵循结构简单、占用空间小、节约成本、安装方便的原则。最初的改造方案有2 种。

方案1：改变联轴器与滚珠丝杠的连接方式，将现有的锥形摩擦传动改成键连接的形式。这种方式需要重新设计滚珠丝杠，改动较大，成本较高，并且缺乏过载保护。

方案2：设计一种承重装置，减轻联轴器轴向负载，同时能与滚珠丝杠一起旋转，减小滚珠丝杠底部的摩擦。

比较2 种改造方案，从安装空间、所需费用、后期维护等多方面考虑，显然方案2 更经济实用。

3 支承装置的具体结构

常见的丝杠支承形式有4 种，如图2 所示。本研究所述的支承方式是立式的，丝杠上端固定，下端自由（见图2 （a））。滚珠丝杠的直径为32 mm，长度为2 400 mm，转速为60 r/min，属于中低转速。丝杠的长径比较大，刚度小，挠性大，可以尝试改进成为一端固定，一端游动的方式（见图2 （c））。

图2 丝杠支承的4 种方式

新设计的支承装置剖面结构如图3 所示，由随动块、圆锥滚子轴承、底板、压盖组成。滚珠丝杠下端插入到随动块上方的孔中，随动块下端插入到轴承的内圈，同时轴肩起到给轴承内圈定位作用，轴承外圈和底板配合，外圈靠压盖定位，压盖与底板用螺栓连接，支承装置在竖直方向的调整余量可以通过拧紧螺栓实现。底板用螺栓固定在丝杠导向装置的壳体上，当丝杠做旋转运动时，随动块跟着丝杠旋转，轴承的内圈跟着旋转，外圈不动。

图3 新设计的支承装置剖面结构示意图

4 支承装置的轴承选用及校核

滚珠丝杠安装轴承常采用推力球轴承和角接触球轴承的组合。这种方式使轴向的刚度大幅提高，但也增大了摩擦阻力，同时轴承支架结构较大，占用空间较大。考虑到工作中滚珠丝杠的转速不高，尽量选用一个既能承受轴向载荷又能承受径向载荷的轴承实现支承功能。与角接触球轴承相比较，圆锥滚子轴承承受的轴向力更大。结合丝杠的尺寸以及设备的安装空间，本次设计选用圆锥滚子轴承32908。

校核所选轴承受轴向力Fa=5 000 N，径向力Fr=500 N，查表得出，基本额定载荷Cr=31.5 kN，Cor=46 kN。

当量动载荷P=XFr+YF，根据《机械设计手册》有关圆锥滚子轴承选型（7-2-91）， Fa/Fr＞e=0.29，X=0.4， Y=2.1，则P=0.4Fr+2.1Fa=0.4×500+2.1×5 000=10.7 kN，所需额定动载荷