張玉忠^{1, 2} 　王　鐵¹

(1 太原理工大學機械學院, 　山西太原　030024)

(2 太原重型機械集團有限公司, 　山西太原　030024)

摘 要：轉爐傾動裝置是轉爐煉鋼最主要的機械設備。本文提出一種新型多點嚙合全懸掛柔性傳動裝置, 其一次減速機采用行星差動均載機構, 使設備運轉更加平穩;一、二次減速機之間采取花鍵套裝懸掛式簡支結構, 并將其應用于轉爐傾動裝置, 可解決傳統型全懸掛轉爐傾動裝置因一、二次減速機之間的靜不定聯接結構所帶來的機構不穩定性問題, 從而提高了轉爐設備的運行可靠性和檢修維護性。

關鍵詞：轉爐；傾動裝置；多點嚙合；柔性傳動；優化設計

引言

轉爐傾動裝置是轉爐煉鋼最主要的機械設備, 用于氧氣頂吹轉爐煉鋼設備中爐體的平穩傾動及準確定位, 并完成轉爐兌鐵水、出鋼、加料、修爐等一系列工藝操作。這種裝置的作業負荷的特點是:低速、重載、正反轉、頻繁啟制動、強烈沖擊, 承受較大的動負荷, 工作條件惡劣。因此如何提高該設備的可靠性和使用的方便性, 一直是冶金及其制造行業研究的重要課題。

1 　傳統型全懸掛轉爐傾動裝置及其存在的問題

目前應用比較多的是傳統型轉爐傾動裝置, 其常見的結構形式如圖1 所示, 為全懸掛結構。裝置由4臺一次減速機傳動裝置(含電機、制動器和減速機)、一臺二次減速機和一套扭力桿彈性支撐裝置, 以及配套的安全和潤滑裝置等組成;其主要結構特點是:該裝置為全懸掛多點嚙合柔性傳動裝置, 一次減速機采用平行軸普通圓柱齒輪傳動機構, 二次減速機大齒輪由4個與一次減速機聯為一體的小齒輪同時驅動, 每臺一次減速機均由若干個定位銷和緊固螺栓將其箱體與二次減速機箱體聯接為一體, 一次減速機輸出齒輪軸的遠端套裝一套滾動軸承后, 輔助支撐于二次減速機高速軸軸承座上。即4 個一次減速機懸掛于二次減速機上, 4 點嚙合共同驅動二次減速機中的大齒輪, 二次減速機懸掛于耳軸上, 驅動轉爐旋轉工作, 傾翻力矩通過扭力桿來平衡。

這種傳統型傾動裝置在結構上存在的不足主要有:

1)3 個軸承同時支撐的二次減速機小齒輪軸, 使裝置中存在著一個超靜定結構, 時常會導致裝置運行可靠性的降低

2)二次減速機常采用斜齒輪傳動結構, 在裝置頻繁正反轉啟制動作業過程中, 小齒輪軸承受著嚙合過程中產生的強烈的正反雙向軸向沖擊負荷。由于小齒輪軸是與一次減速機裝為一體的, 一旦一、二次減速機之間的定位銷軸和聯結螺栓有所松動, 就會造成一、二次減速機聯結結構的失效, 導致對應的二次減速機嚙合副不能繼續正常嚙合和傳力, 從而直接影響整個傾動裝置的安全運行。

3)從一、二次減速機的聯結結構分析, 一次減速機相對于二次減速機的位置是由一組定位銷軸確定的, 但銷孔的位置不是一、二次減速機組合成一體后,與齒輪軸孔一次裝卡配制的, 因此其裝配精度不易保證, 而且兩臺一次減速機箱體之間不具有互換性。所以, 一次減速機很難整機更換和離線檢修;如果某臺一次減速機因故障需要檢修則必須將整臺傾動裝置暫停作業直至檢修完成, 這對保證設備的運行可靠性和提高轉爐的作業率顯然是不利的。

本文針對傳統型轉爐傾動裝置存在的不足, 提出的TZQD 型全懸掛柔性裝置是一種適用于大噸位轉爐傾動的新型全簡支結構式傾動裝置, 其結構型式如圖2 所示。此裝置為新型全懸掛多點嚙合柔性傳動裝置, 將一次減速機由平行軸普通圓柱齒輪傳動機構優化為行星差動機構, 對傳統型裝置中存在的超靜定結構也進行了成功的改進。其主要結構特點為:一次減速機采用行星差動機構, 太陽輪聯接力矩平衡連桿裝置, 高速輸入軸兩兩同步聯接, 通過太陽輪的浮動, 實現傳遞力矩與傳動速度完全均衡, 使傳動裝置運轉平穩。二次減速機小齒輪由兩套軸承簡支于二次減速機箱體軸承座上, 一次減速機經花鍵套裝于二次減速機小齒輪軸外懸軸伸上, 一次減速機由固裝于二次減速機箱體上的兩個鉸接桿實現其防擺功能。即4 個一次減速機懸掛于二次減速機上, 4 點嚙合共同驅動二次減速機中的大齒輪, 二次減速機懸掛于耳軸上, 驅動轉爐旋轉工作, 傾翻力矩通過環形緩沖彈簧和壓桿結構來平衡。

由于其上述結構特點, 該裝置應用于轉爐傾動, 較傳統型傾動裝置有下述明顯的結構和性能特點:

1)同一標高的兩個一次減速機高速輸入軸通過同步聯接裝置兩兩相連, 保證兩個一次減速機輸入軸同步運行, 又通過電氣控制系統保證不同標高的兩對電機同步運行使一次減速機末端輸出齒輪軸與二次減速機大齒輪的4 個嚙合點的運行保持同步。

2)在每個一次減速機中都有一套行星差動補償裝置, 其太陽輪軸伸出向外, 與力矩平衡連桿裝置聯接,形成均載補償系統。當二次減速機內同標高的兩根小齒輪軸的嚙合面受力均衡時, 均載裝置的太陽輪不動,它僅作為行星輪的支承, 力矩平衡連桿裝置中的連桿位置穩定不動, 此時, 齒面受力均衡, 連桿內力相等, 行星輪繞太陽輪旋轉。當兩根小齒輪軸中的一根因嚙合

面側隙大或是其它原因未能與二次大齒輪嚙合或者嚙合力不均等時, 行星差動裝置中的太陽輪就作為兩套裝置中的扭力補償, 在力矩平衡連桿裝置中的連桿推動下, 稍作轉動, 并通過行星輪的差動, 實現齒輪副側隙的自動補償, 從而達到均載同步的目的。

3)全套傾動裝置是4 點嚙合全懸掛式結構, 不僅能夠補償耳軸撓曲變形后齒輪傳動的良好嚙合, 而且由于一次減速機與二次減速機也是全懸掛式, 一、二次減速機通過內外花鍵聯接, 使齒輪軸的受力合理, 提高了傾動裝置運行的可靠性。而且與扭力桿結構的傾動裝置相比, 一、二次減速機傳動自成體系, 可以分別調試, 易于分合, 安裝和拆解都很容易, 有利于縮短安裝

和檢修周期。

4)傾動裝置工作時所產生的水平作用力, 通過二次減速機箱體下部壓桿, 作用于由壓桿與環形彈簧組成的柔性受載裝置, 通過環形彈簧傳遞到地基。由于環形彈簧的緩沖減振能力很高, 而且安裝環形緩沖彈簧時有一定的預緊力, 傾動裝置工作時由傾翻力矩產生的水平作用力必須先克服彈簧的此預緊力后, 彈簧才產生壓縮變形。因此, 彈簧和壓桿裝置作為平衡裝置, 具有傳動平穩, 性能可靠的特點。

5)二次減速機小齒輪軸由兩套軸承簡支于二次減速機箱體軸承座上, 使得傳統型裝置中存在的超靜定支撐結構被成功克服, 裝置的可靠性從結構原理上得以根本保證。

6)二次小齒輪軸所承受的軸向負荷可以被二次減速機自身完全吸收, 不會傳至一、二次減速機的聯接部, 根除了導致一、二次減速機聯結部聯結松動和失效的根本原因, 提高了可靠性。

7)一次減速機與二次減速機為花鍵套裝式聯接,聯接的定位基準單一, 定位準確, 可以實現一次減速機的整體更換, 從而縮短檢修對正常生產的不利影響, 有利于轉爐冶煉作業率的進一步提高。

3 　優化后轉爐傾動裝置的性能特點

本文設計的TZQD 型全懸掛柔性傳動裝置已經在武鋼新建250t 轉爐項目中采用經過一年多的實際運行考核, 證明該裝置除了具有上述性能特點外, 還有以下制造和使用方面的優點:

1)設備制造過程中, 設計精度易于保證, 設計意圖可以得到準確實現。

2)一、二次減速機傳動單元自成體系, 可以分別調試, 易于分合, 安裝和拆解都比較容易, 有利于縮短安裝和檢修周期。

4 　結論

本文提出的TZQD 型全懸掛柔性傳動裝置, 其一次減速機采用行星差動均載機構, 使設備運轉更加平穩, 特別適用于大噸位轉爐的傾動。二次減速機小齒輪軸采用全簡支結構設計, 使得轉爐傾動裝置的若干臺一次減速機同時穩定出力的設想真正實現, 不僅使得機械部件可以按照成熟的理論方法進行可靠的優化設計計算, 而且還為真正實現動力系統多臺驅動裝置同時長期穩定出力奠定了理論基礎, 對轉爐設備的整體優化和可靠性的進一步提高具有重要的意義。

參考文獻

1 　譚牧田.氧氣轉爐煉鋼設備.北京:機械工業出版社, 1983

2 　潘毓淳.煉鋼設備.北京:冶金出版社, 1992

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