皮带输送机新型清洁毛刷总成的设计
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摘 要：制丝设备中的皮带运输机清洁毛刷辊总成拆装过程费时费力，经过全新设计的快拆型毛刷总成，采用分体支撑式的毛刷轴，利用矩形花键连接的特殊形式，并采用鱼眼销的结构，实现了毛刷与轴、轴与轴承的可靠联接，实现了毛刷辊的快速拆装功能。使用快拆型毛刷总成后，减少了维修人员，拆装时间大幅缩短。
关键词：分体支撑；矩形花键；拆装快捷
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.032
0 引言
制丝线中的皮带输送机是传输物料的主要设备之一。皮带输送机清洁毛刷总成的作用是用来清扫皮带上附着的物料和杂物。为了防止清洁毛刷脏污后磨损皮带，需定期对其拆下进行清理或更换。根据统计，清洁毛刷总成的组成零件数量为51件，拆装时所需工具数量接近20件，需要3名专业维修人员花费约2小时的时间才能完成一次拆装，成为困扰维修人员的一个难题。
1 清洁毛刷总成工作原理
清洁毛刷总成主要由驱动链条、毛刷轴、毛刷辊、支撑轴承等零部件组成。其工作原理如下：当皮带驱动减速机运行时，通过传动链条带动双排链轮转动，双排链轮将动力一路传递给皮带机主动辊带动皮带运转；另一路带动转动毛刷轴同步转动，毛刷轴上安装的毛刷辊利用分布在外圆周上的刷毛连续清扫皮带的底面，保证皮带表面始终清洁。
2 清洁毛刷总成基本拆装过程
一般情况下，会安排3名维修人员进行拆装操作，其原因如下：①由于拆卸防护罩、下料斗时需两至三人同时操作；②用轴承拆卸工具拆卸链轮、轴承时需一人操作另一人辅助操作；③拆卸毛刷时需两人从两端同时操作；④拆卸左右两端毛刷辊定位套及毛刷轴时经常会遇到螺钉锈蚀难以取下的情况，需两人配合钻孔操作；⑤整个过程劳动强度较大且时间要求较为紧张。
3 快拆型清洁毛刷总成的研制
3.1 设计思路
设计指导原则如下：①不对设备原主体结构进行大的改动，尽量只对毛刷总成进行改造，不破坏机体其它部位结构。②可大幅度减少操作人员，缩短拆卸时间。
3.2 设计方案
采用内、外矩形花键配合的结构实现毛刷辊1与毛刷轴2、3的联接。毛刷轴2、3设计为分体结构，其中带有外矩形花键的固定轴2与链轮相联接，用以驱动毛刷旋转，其在总成拆装过程中无需拆卸；另一端带有外矩形花键的快拆浮动轴3起辅助支撑作用，其内部采用鱼眼销结构，来保证轴的轴向定位，其可与毛刷辊快速分离。毛刷辊1两端内部镶有内矩形花键结构的轴套4，与两端的外花键轴相啮合。当需要拆卸毛刷辊1时，只需要抽下浮动轴3，然后将毛刷辊在料斗内沿轴向移动，使其与固定轴2脱开，即可取下毛刷辊，安装时采用相反的步骤即可。
3.2.1 快拆型清洁毛刷总成结构组成
3.3 矩形花键固定轴的设计
3.3.1 材料选择
结合烟草物料中的化学成分会在一定程度上对毛刷轴产生腐蚀作用，同时考虑到清洁毛刷工作环境湿度较大，会对毛刷轴产生锈蚀，最终选用40Cr作为花键轴的材料。
3.3.2 固定花键轴设计
计算出的直径为轴受扭段的最小直径，若该剖面有键槽时，应将轴径适当放大，当有一个键槽时，增大4%-5%，该轴上有一个键槽，故其轴径应为：
d’=d+d×5%=12.49+12.49×5%=13.11mm
即危险截面处的最小轴径为13.11mm，轴上任意截面处的轴径应大于该值。因为原毛刷轴驱动链轮的内径为φ16mm，为继续使用原链轮，故固定花键轴受扭转部位的最小直径确定为D=φ16mm。
原来驱动链轮端的轴承为FL204，其安装于皮带输送机机头的墙板上，轴承底座安装孔中心距a=90mm。考虑到新总成为分体支撑结构形式，此端为矩形花键固定轴，须使用非调心轴承。经查阅相关技术资料，原来使用的6204轴承承载参数可满足使用要求，但从使用寿命角度考虑，最终将轴承型号增大为62205-2RS。
根据矩形花键固定轴Dmin=φ16mm，D1=φ25mm， 同时考虑矩形外花键的安装便捷性要求，经查阅《机械设计手册》确定出花键的规格为N×d×D×B= 6×23×28×6的中系列矩形花键。
3.3.3 浮动花键轴设计
计算出危险截面处的最小轴径为11.60mm，轴上任意截面处的轴径应大于该值。原来此端安装有FL204轴承，因此端为矩形花键浮动轴，故应继续使用调心轴承，以与另一端的固定轴相匹配。经查阅相关技术资料，原FL204轴承承载参数可满足使用要求，故继续使用。所以与轴承相配合的浮动轴部位直径为D=φ20mm，考虑到机械加工
的方便，查阅《机械设计手册》，确定浮动轴的矩形外花键部位规格
（下转第38页）
（上接第35页）
为N×d×D×B= 6×16×20×5的中系列矩形花键。
其用在毛刷辊无链轮一端，主要起辅助支撑作用，在其内部设计有弹簧钢球装置，通过顶杆的轴向位移带动钢球升起落下，从而为浮动轴进行轴向定位，所以其他具体尺寸以配合连接为准。
3.3.4 固定花键轴套设计
固定花键轴套是为了将毛刷辊与固定花键轴连接在一起的，所以该轴套的尺寸设计应以完美配合二者的连接为准。根据《机械设计手册》轴与轴套的连接、轴与孔的连接，确定出固定件套长L=56mm，外径d外=φ36mm，M8的孔位于距离轴套左端44mm处，内部花键规格为N×d×D×B= 6×23×28×6的中系列矩形花键。
3.3.5 浮动花键轴套设计
浮动花键轴套是为了将毛刷辊与浮动花键轴连接在一起的，所以该轴套的尺寸设计应以完美配合二者的连接为准。根据《机械设计手册》轴与轴套的连接、轴与孔的连接，确定出固定件套长L=56mm，外径d外=φ36mm，M8的孔位于距离轴套左端44mm处，内部花键规格为N×d×D×B= 6×16×20×5的中系列矩形花键。
3.3.6 毛刷辊的设计
因为考虑到毛刷总成为分体结构，为使两端的支撑轴承受的载荷尽可能小，所以毛刷辊设计为空心结构，同时在保证强度的前提下尽量要选用轻量化的材料。又因为毛刷辊两端需镶配花键套，其安装方法对毛刷辊强度也有相应要求，所以经过综合比较，最终选择1010高强度尼龙作为毛刷辊的材料。
最后将毛刷长度设计为L=785mm，这样即保证了对皮带的清扫效果，又能够使毛刷在机头罩内自由移动与外矩形花键轴配合。
4 结果
快拆型清洁毛刷总成先期在制丝线安装了四套，经过11个月的运行，其运行状况稳定，清洁效果良好，相关产品质量与原来保持一致。其拆装過程由原来的两小时下降到5分钟，拆装人员由原来的3名专业维修工减少为1名操作工。因此，快拆型清洁毛刷总成的使用，大大提高了工作效率，减少了操作人员，创造了较为明显的经济效益。
5 结论
快拆型清洁毛刷总成的成功研制应用，简化了相关设备的结构，提高了工作效率，减少了操作人员，其在制丝生产线的皮带类、储柜类设备中具有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004.
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