羅 丹

(攀枝花鋼釩有限公司提釩煉鋼廠，四川 攀枝花 617062)

0 前言

攀鋼2#方坯連鑄熱送輥道是連接2#方坯連鑄生產(chǎn)線與軌梁廠軋鋼線的鑄坯運(yùn)輸通道。連鑄車間生產(chǎn)出來(lái)的連鑄坯由橫移臺(tái)車從后區(qū)輥道上放到下線輥道后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)輥道和熱送輥道輸送到軌梁廠進(jìn)行軋制。

熱送輥道分7組共63根輥?zhàn)樱扛佔(zhàn)又睆綖棣?00 mm，轉(zhuǎn)速為47 r/min，輥?zhàn)虞S端處懸掛減速電機(jī)進(jìn)行單獨(dú)傳動(dòng)，電機(jī)功率7.5 kW。其中有10根輥?zhàn)右┻^(guò)煉鋼廠與軌梁廠之間的公路隧道，由于場(chǎng)地狹小，運(yùn)坯時(shí)鑄坯烘烤，環(huán)境溫度很高。

1 存在的主要問(wèn)題

自從2#方坯熱送輥道建成投產(chǎn)以來(lái)，故障率非常高，主要表現(xiàn)在減速電機(jī)的電機(jī)法蘭螺栓松脫、斷裂，導(dǎo)致電機(jī)破損掉地、電機(jī)轉(zhuǎn)子定子分離，輥道無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn);輥?zhàn)討覓鞙p速機(jī)的軸身彎曲、斷裂;減速機(jī)殼體開裂，減速電機(jī)使用壽命非常短;公路隧道內(nèi)的電機(jī)減速機(jī)因環(huán)境溫度高故障率更高。導(dǎo)致年消耗備件費(fèi)用約180萬(wàn)元，故障時(shí)間約750 h。同時(shí)熱送輥道故障后，連鑄坯無(wú)法輸送到下道工序，影響生產(chǎn)進(jìn)度。

2 存在問(wèn)題的原因分析

通過(guò)對(duì)2#方坯熱送輥道現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、分析，認(rèn)為造成熱送輥道故障率高的主要原因是驅(qū)動(dòng)輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)的減速電機(jī)安裝方式不合理。

所有驅(qū)動(dòng)熱送輥道的減速電機(jī)均采用懸掛方式安裝，減速機(jī)輸出軸為中空軸，傳動(dòng)輥軸直接穿過(guò)減速機(jī)輸出軸，減速電機(jī)懸掛在輥?zhàn)拥膽冶凵?，為防止減速電機(jī)翻轉(zhuǎn)，減速機(jī)殼體下端通過(guò)1個(gè)鉸接螺栓固定在基礎(chǔ)框架上，如圖1所示。

由于2#方坯連鑄機(jī)澆鑄斷面為360 mm×450 mm，一般定尺7 m，且沒(méi)有去毛刺機(jī)，切割斷面下留有切割瘤，切割瘤比輸送輥面低，當(dāng)鑄坯在輥道運(yùn)輸過(guò)程中剛接觸輸送輥時(shí)，首先對(duì)輥?zhàn)釉斐蓻_擊。鑄坯輸送速度v=60 m/min，質(zhì)量m=8.8×103kg，沖擊作用時(shí)間t=0.05 s(現(xiàn)場(chǎng)估測(cè)，坯速1 m/s，沖擊接觸面約5 cm長(zhǎng))。假設(shè)鑄坯沖量的十分之一消耗在沖擊中，則沖擊力F=17.6 kN。輥?zhàn)又睆絛=400 mm，計(jì)算鑄坯對(duì)輥?zhàn)赢a(chǎn)生的沖擊力矩:M=F×d/2=3520 N·m，而減速電機(jī)的額定扭矩為1520 N·m，沖擊力矩是額定轉(zhuǎn)矩的2倍，雖為估計(jì)，但也可看出沖擊力對(duì)輥道影響相當(dāng)大。由于減速機(jī)與輸送輥剛性連接，鑄坯對(duì)輥?zhàn)拥臎_擊力矩直接傳遞到減速電機(jī)及其固定銷軸上，使電機(jī)、減速機(jī)振動(dòng)很大，長(zhǎng)期振動(dòng)、沖擊造成減速機(jī)鉸接銷軸、電機(jī)與減速機(jī)連接的法蘭螺栓松動(dòng)斷裂、電機(jī)損壞。

圖1 改造前輥道安裝示意圖Fig.1 Installation instruction of roller way before modification

當(dāng)鑄坯沖擊輥道后，輥?zhàn)映惺荑T坯沖擊力、鑄坯重力、軸承支座反力、減速電機(jī)重力、減速電機(jī)扭矩的共同作用。輥?zhàn)邮芰θ鐖D2所示。由于減速電機(jī)重量大，輥?zhàn)討冶坶L(zhǎng)，造成懸掛減速電機(jī)的懸軸彎曲，使輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中懸軸長(zhǎng)期承受彎、扭復(fù)合作用，使輥?zhàn)討逸S斷裂。

同時(shí)由于熱送鑄坯，輥道軸承使用環(huán)境溫度高、振動(dòng)大，潤(rùn)滑脂容易變干燒結(jié)，造成軸承潤(rùn)滑不良，使輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)不靈活，加劇了減速電機(jī)的損壞。

圖2 輥?zhàn)邮芰Ψ治鰣DFig.2 Stress analysis of roller

公路橋下的輥?zhàn)映龉收虾?，由于隧道?nèi)地方狹窄、無(wú)檢修更換設(shè)施，減速電機(jī)損壞后不能及時(shí)處理，鑄坯輸送到故障輥道時(shí)不能繼續(xù)前行，依靠后部鑄坯撞擊頂過(guò)去。撞擊鑄坯對(duì)后部輥?zhàn)釉斐蓻_擊，易使后部輥?zhàn)訐p壞，加上隧道內(nèi)長(zhǎng)期滯坯，環(huán)境溫度更高，如此往復(fù)，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致熱送輥道癱瘓，影響生產(chǎn)順利進(jìn)行。

3 優(yōu)化改造方案

經(jīng)分析討論，決定對(duì)2#方坯熱送輥道傳動(dòng)裝置及其安裝方式進(jìn)行改造。根據(jù)輥道不同部位，在不改變?cè)休伒肋\(yùn)輸能力和速度的前提下，將輥道改造分為公路橋下部分和其余部分，公路橋下采用集中傳動(dòng)方式，其余部分采用改進(jìn)型單輥傳動(dòng)形式。

3.1 單輥傳動(dòng)部分改造

除公路橋下輥道外的53根輸送輥仍然采用單獨(dú)傳動(dòng)方式，主要針對(duì)輥?zhàn)域?qū)動(dòng)裝置及其安裝方式和輥?zhàn)虞S承進(jìn)行改造。安裝方式由直連懸掛方式改為通過(guò)聯(lián)軸器臥式安裝，輥?zhàn)虞S承由滾動(dòng)軸承改為自潤(rùn)滑軸承。

對(duì)單獨(dú)傳動(dòng)的輥?zhàn)樱匦逻x用功率、速比與原設(shè)計(jì)功率7.5 kW、速比30.44相同的臥式安裝的減速電機(jī);聯(lián)軸器選用膜片聯(lián)軸器;在輥道支撐梁外側(cè)開挖、制作預(yù)埋基礎(chǔ)，減速機(jī)安裝支座安裝在制作的預(yù)埋基礎(chǔ)之上。減速電機(jī)安裝支座分為6輥梁和5輥梁兩種規(guī)格;其中熱送第7組按單輥支座設(shè)計(jì)，但是輥道安裝支座與底座做成整體，如圖3所示。

圖3 改造后單輥傳動(dòng)安裝示意圖Fig.3 Installation instruction of single roller driving device after modification

采用臥式安裝方式后，鑄坯在剛接觸輥?zhàn)訒r(shí)產(chǎn)生的沖擊力矩絕大部分通過(guò)輥?zhàn)优c減速電機(jī)之間的膜片聯(lián)軸器吸收，減速電機(jī)只承受較小沖擊力矩。同時(shí)，減速電機(jī)不再對(duì)輥?zhàn)虞S端產(chǎn)生彎矩作用，在正常輸送鑄坯時(shí)，輥?zhàn)討冶壑怀惺芘ぞ刈饔茫虼溯佔(zhàn)虞S伸受力條件改善。

單獨(dú)傳動(dòng)部分改造需要的主要零部件:

(1)重新設(shè)計(jì)制作減速電機(jī)安裝支座15個(gè)、M42地腳螺栓274個(gè);

(2)重新選購(gòu)7.5 kW臥式安裝的減速電機(jī)53臺(tái)、膜片聯(lián)軸器53個(gè);

(3)新傳動(dòng)輥53根、軸承106套;

(4)輥道支撐梁、導(dǎo)向板、軸承座等全部利舊。

現(xiàn)場(chǎng)改造安裝時(shí)，將導(dǎo)向板、舊輥?zhàn)友b配、減速機(jī)拆除，在輥道支撐梁外側(cè)安裝新制作的減速電機(jī)安裝支座并加固，將線外重新組裝好的輥?zhàn)友b配、減速電機(jī)安裝到相應(yīng)位置并調(diào)整好后通過(guò)聯(lián)軸器聯(lián)接可靠，同時(shí)恢復(fù)安裝導(dǎo)向板。

3.2 公路橋下輥道改造

將公路橋下10根輥?zhàn)臃譃?組，每組5根傳動(dòng)輥。每組輥?zhàn)佑稍O(shè)計(jì)的單獨(dú)傳動(dòng)改為鏈輪、鏈條集中傳動(dòng)方式。在公路橋下輥道的1#和10#傳動(dòng)輥南側(cè)進(jìn)行減速機(jī)安裝基礎(chǔ)施工，將減速機(jī)通過(guò)彈性聯(lián)軸器分別與1#輥和10#輥連接，2#、3#、4#、5#輥通過(guò)鏈輪鏈條與1#輥相互串聯(lián)，6#、7#、8#、9#輥通過(guò)鏈輪鏈條與10#相互串聯(lián)，兩臺(tái)驅(qū)動(dòng)裝置同時(shí)啟停。

圖4 改造后集中傳動(dòng)安裝示意圖Fig.4 Installation instruction of integrated driving device after modification

公路橋下集中傳動(dòng)部分計(jì)算:

(1)減速機(jī)計(jì)算過(guò)程。每組集中傳動(dòng)是5根單輥串聯(lián)聯(lián)動(dòng)，同時(shí)考慮過(guò)載沖擊系數(shù)1.2，因此電機(jī)功率P=7.5×5×1.2=45 kW，故選45 kW電機(jī)。

原單根輥減速機(jī)電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩為1520 N·m，5臺(tái)聯(lián)動(dòng)，新減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T=1520×5=7600 N·m;考慮鑄坯運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)輥道有沖擊，沖擊系數(shù)按1.2考慮，Tmax=7600×1.2=9120 N·m。

根據(jù)原設(shè)計(jì)輥道傳動(dòng)比為30.44，綜合考慮安裝場(chǎng)地限制等因素，根據(jù)樣本選用傳動(dòng)比為31.5，額定輸出扭矩為9160 N·m，輸入與輸出成、電機(jī)與減速機(jī)直聯(lián)，電機(jī)功率為45 kW的標(biāo)準(zhǔn)減速電機(jī)作為集中傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。

(2)鏈傳動(dòng)計(jì)算過(guò)程。原單根輥?zhàn)訙p速電機(jī)輸出扭矩為1520 N·m，集中傳動(dòng)后，同時(shí)考慮沖擊系數(shù)1.2，鏈條承受的最大扭矩T=1520×4×1.2=7296 N·m，初步選用32B雙排鏈，鏈輪齒數(shù)Z=25，查表鏈條節(jié)距P=50.8，鏈條最低破斷載荷Q=44996.4 N;鏈速v=(z1×p×n1)/(60×1000)=0.99 m/s，屬于低速傳動(dòng)，按靜拉強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算:

鏈輪分度圓直徑d=50.8/sin(180/25)=405 mm

鏈條最大拉力F=T/(d/2)=36029 N

鏈條安全系數(shù)S=Q/KA×F=8.3≥4～8。

鏈條安全工況系數(shù)，按表選1.5［1］。

(3)輥?zhàn)虞S端強(qiáng)度計(jì)算。集中傳動(dòng)后，與減速電機(jī)相連的輥?zhàn)虞S傳遞的額定功率P=45 kW，輥?zhàn)虞S材質(zhì)選42CrMo，對(duì)只承受轉(zhuǎn)矩作用的軸，根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件要求軸直徑

式中，A0是由軸的材料及承載情況確定的系數(shù)，A0=98。

考慮到鏈條拉力，輥?zhàn)虞S端部分最小直徑選取d=110 mm，經(jīng)校核輥?zhàn)虞S能夠滿足要求。

(4)集中傳動(dòng)部分改造需要的主要零部件。①45 kW主減速電機(jī)2臺(tái)、安裝基礎(chǔ)2件;②新傳動(dòng)輥裝配10件;③鏈輪18件、鏈條8根;④輥道支撐梁、導(dǎo)向板、軸承座利舊。

現(xiàn)場(chǎng)改造時(shí)，在設(shè)計(jì)位置制作主減速電機(jī)安裝基礎(chǔ)，拆除導(dǎo)向板、舊輥?zhàn)友b配、減速電機(jī)，將線外重新裝配好的輥?zhàn)友b配、減速電機(jī)安裝到相應(yīng)位置并調(diào)整后通過(guò)聯(lián)軸器連接可靠，同時(shí)恢復(fù)安裝導(dǎo)向板。

熱送輥道改造以后，電氣控制總體與原設(shè)計(jì)保持不變，仍按分組控制。但是需將公路橋下集中傳動(dòng)部分并為一組并在此設(shè)鑄坯檢測(cè)裝置，同時(shí)將旋轉(zhuǎn)輥道與鑄坯檢測(cè)信號(hào)聯(lián)鎖，只要公路橋下有鑄坯，旋轉(zhuǎn)輥道就停止運(yùn)坯，防止熱送輥道上鑄坯堆積。

4 改造實(shí)施效果

通過(guò)優(yōu)化改造，解決了熱送輥道驅(qū)動(dòng)裝置及其安裝方式、輥?zhàn)友b配等存在的缺陷，同時(shí)加強(qiáng)操作、維護(hù)，有效降低了熱送輥道的故障率，減少了備件消耗，保證了2#方坯連鑄機(jī)生產(chǎn)順利進(jìn)行。2011年1～7月與2010年同期在故障時(shí)間、檢修時(shí)間、備件消耗對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 改造前后熱送輥道運(yùn)行情況對(duì)比表Tabel 1 Running conditions of hot transmitting roller way before and after modification

5 結(jié)束語(yǔ)

攀鋼2#方坯連鑄熱送輥道改造前，設(shè)備故障率非常高，備件消耗量大，嚴(yán)重影響鋼廠生產(chǎn)及物流順行。通過(guò)改造，徹底解決了電機(jī)、減速機(jī)、輥?zhàn)拥葥p壞頻繁的問(wèn)題，故障時(shí)間和檢修時(shí)間均顯著降低，確保了2#方坯連鑄生產(chǎn)順行，提高了鋼廠物流通過(guò)能力，降低了檢修勞動(dòng)強(qiáng)度，2#方坯熱送輥道優(yōu)化改造后取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 高澤遠(yuǎn)，姚玉泉，李林貴．機(jī)械設(shè)計(jì)(修訂版)［M］．沈陽(yáng):東北工學(xué)院出版社，1991．

［2］ 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)．中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典(3卷)［M］．南昌:江西科學(xué)技術(shù)出版社，2002．