王 陳 王紅飛

(安寧公司新區(qū)煉鋼廠)

1 前 言

安寧公司新區(qū)煉鋼廠主要工藝裝備有兩座120t轉(zhuǎn)爐，一座120tLF鋼包精煉爐，一臺五機五流矩形坯連鑄機，兩臺七機七流小方坯連鑄機。目前兩座120t轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)冶煉作業(yè)時，共有兩輛50t電動平車(以下50t電動平車都簡稱廢鋼車)。將廢鋼間內(nèi)裝滿廢鋼的廢鋼斗運輸?shù)綗掍搮^(qū)域鋼水接收跨，再由行車吊起廢鋼斗將廢鋼倒入轉(zhuǎn)爐內(nèi)進行冶煉。

自從股份公司開展“節(jié)鐵增鋼”工作后，新區(qū)按照年產(chǎn)鋼260萬噸生產(chǎn)規(guī)模組織生產(chǎn)后，原來每座120t轉(zhuǎn)爐每爐冶煉的廢鋼裝入量由8～10t增加到為20～25t，廢鋼車承載運輸重量比以前增大了一倍多，導致廢鋼車頻繁出現(xiàn)設備事故、故障，甚至停止運行，難以保證生產(chǎn)組織的正常進行，制約了煉鋼廠產(chǎn)能的提升。

2 故障原因分析

通過現(xiàn)場認真調(diào)查并分析研究，造成故障后車輛無法運行的主要原因如下：

(1)原來受車體結(jié)構(gòu)設計限制(為保證車體平面)，走行傳動機構(gòu)減速機采用不合理的水平安裝方式，齒箱內(nèi)的一部分齒輪、軸承得不到良好潤滑，造成軸承缺油，容易卡死。

(2)電機安裝位置不合理，電機與齒箱安裝高度在同一水平面上，當電機與齒箱之間的密封墊由振動或高溫引起松動或損壞后，齒箱內(nèi)的機械潤滑油會流淌到電機內(nèi)，造成電機經(jīng)常短路燒壞。

(3)減速機輸出軸與主動輪聯(lián)軸器鉸制孔螺栓太細，廢鋼車裝鋼量增大后，螺栓經(jīng)常被切斷，造成傳動失效。

3 改造方案

對廢鋼車的車體結(jié)構(gòu)、走行傳動機構(gòu)進行設備升級改造。

3.1 改造前、后廢鋼車的技術(shù)性能參數(shù)見表1。

續(xù) 表

3.2 車體結(jié)構(gòu)改造

改造措施：原廢鋼車車體形狀結(jié)構(gòu)如圖1所示。首先，將廢鋼車上電纜卷筒及導向裝置從車上撤出，重新安裝到地面上，同時防護罩后移并加高加大，由原來的電纜卷筒及導向裝置防護罩改為傳動裝置防護罩；再將主動車輪組整體移動到傳動機構(gòu)防護罩下方；最后增加車體下方筋板長度，增加廢鋼車結(jié)構(gòu)強度，如圖2所示。

圖1 改造前的廢鋼車示意圖

圖2 改造后的廢鋼車示意圖

3.3 走行傳動機構(gòu)改造

改造措施：原廢鋼車的走形傳動機構(gòu)示意圖，如圖3所示。電機與齒箱安裝高度在同一水平面上，齒箱與主動輪通過聯(lián)軸器連接。

改造后的廢鋼車原齒箱改為T系列平行軸減速箱，電機與齒箱靠聯(lián)軸器連接；同時，去掉了兩個聯(lián)軸器，新增加了圓柱齒輪組及一個走輪軸，如圖4所示。

圖3 改造前的走行傳動機構(gòu)示意圖

圖4 改造后的走行傳動機構(gòu)示意圖

3.4 走行傳動機構(gòu)零部件的選型及設計

3.4.1 電動機的選型

1)電動機的類型選用

通常情況，選擇電動機的類型要根據(jù)設備的工作環(huán)境及負載性質(zhì)來決定。新區(qū)煉鋼廠廢鋼車在線工作長期穩(wěn)定，常溫且負載平穩(wěn)，故采用籠型三相異步電動機。

其中Y型系列三相異步電動機是常用于驅(qū)動各種類型的起重機械和冶金設備中輔助機械的系列產(chǎn)品，它具有較大的過載能力和較高的機械強度，特別適用于短時或斷續(xù)周期運行，頻繁啟動和制動，有時過負荷及有顯著振動與沖擊的設備。YX3型系列是在Y型系列上升級改造后的高效型三相異步電動機。

2)電動機功率的選擇

已知直線運動機械的功率可用式(1)計算：

式中：PZ——工作機需要的功率(KW)；

S——安全系數(shù)；

F——作用力(N)；

υ——受F作用件運動的速度(m/s)；

廢鋼車負載運行需要的功率用Ped表示，用式(1)求得Ped為：

式中：S——安全系數(shù)，其值為S=1.1；

μ——摩擦系數(shù)，其值為μ=0.05；

M——電平車的載重量，其值為M=50t；

m——電平車自重，其值為m=23.35t；

υ——行走速度，其值為υ=28m/min；

g——重力加速度，其值為g=9.8N/kg。

電動機輸出功率用Pd表示，輸出功率Pd應根據(jù)負載功率Ped和中間傳動裝置的效率η確定，故計算電動機輸出功率Pd為：

式中：η1——滾動軸承效率，其值為0.98；

η2——開式齒輪傳動效率，其值為0.98；

η3——減速器傳動效率，其值為0.97。

已知電動機輸出功率Pd時，應以電動機的工作制來確定電動機的額定功率PN。

新區(qū)煉鋼廠轉(zhuǎn)爐冶煉每爐鋼水平均時長為40 min，故廢鋼車約每40min完成一個工作周期，見表2。

表2 廢鋼車電動機工作周期表(從加完廢鋼空斗擺放好計時)

表中，M為電平車的載重量；m電平車的自重量。

從表2可見，廢鋼車完成一個工作周期，需要時間約為40min，其中滿負荷工作時間為2min，空載時間為2min，停機時間長達36min。

所以確定電動機的定額為周期工作，工作制為S4工作制。對于S4工作制的電動機且工作時間小于0.3～0.4倍周期時間時，需按過載能力選擇額定功率PN，其計算方法可用式(2)計算：

其中，λm指電動機允許過載的倍數(shù)，見表3。

表3 電動機允許過載的倍數(shù)

根據(jù)表3可確定，一般籠型異步電動過載倍數(shù)選1.8，其額定功率PN由式(2)求得：

3)電動機轉(zhuǎn)速的選擇

電動機的額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)工作機械的要求而選定的，具有相同額定功率的同類電動機有不同的同步轉(zhuǎn)速，通常電動機轉(zhuǎn)速不低于500r/min。

根據(jù)機械行業(yè)標準JB/T9616-1999，查詢Y系列三相異步電動機技術(shù)數(shù)據(jù)可知，當額定功率為11KW時，電動機的型號及轉(zhuǎn)速有四種，見表4。

表4 額定功率PN為11KW的電機技術(shù)參數(shù)

根據(jù)廢鋼車車體形狀結(jié)構(gòu)，傳動裝置改造設計的結(jié)構(gòu)較簡單，傳動裝置的尺寸較少，就要求其總傳動比不能太高，故轉(zhuǎn)速太高的電機不符合要求。轉(zhuǎn)速太低的電動機尺寸、質(zhì)量較大，如果安裝在狹小的廢鋼車防護罩內(nèi)，較為擁擠且效率也低，也不滿足設計要求。故查表3最終選擇的電動機額定轉(zhuǎn)速為980r/min。

最終確定電動機選用的規(guī)格型號為：YX3-160L-6變頻自動，功率11KW，轉(zhuǎn)速980r/min，三相交流電壓380V、50HZ。

3.4.2 減速機的選型

1)選擇減速機的類型

減速機是一種相對精密的機械，使用它的目的是降低轉(zhuǎn)速，增加轉(zhuǎn)矩。它的種類繁多，型號各異，不同種類有不同用途，具體要根據(jù)它的安裝方式途徑來選擇。

根據(jù)傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)改造及尺寸安裝要求，選擇T系列類型減速機。

2)安裝形式：水平安裝，其安裝面在立方體上面，屬于M1式安裝。

3)連接形式：輸入軸式連接，代號為FS。

4)計算減速機的技術(shù)參數(shù)

走行傳動裝置總傳動比以i0表示，齒輪組傳動比以i1表示，減速機的傳動比以i2表示，轉(zhuǎn)速以nt表示，功率以Pt表示，電動機的轉(zhuǎn)數(shù)以nn表示，車輪的轉(zhuǎn)速以nw表示。

計算參數(shù)：

式中：D為車輪直徑，其值為D=630mm；

v為行走速度，其值為28m/min。

減速機功率：Pt=PN=11KW

最終確定減速機選用的型號規(guī)格為：TFS128-70-M1-11KW，轉(zhuǎn)速14r/min，速比70(128指減速機機型)。

3.4.3 圓柱直齒輪組的設計

1)選定齒輪材料、精度等級及齒數(shù)

①根據(jù)工作要求選用直齒圓柱齒輪傳動。

②精度等級選用8級精度。

③材料選擇：鍛件，40Cr鋼(調(diào)質(zhì))，齒面淬火硬度為HRC50～55。

④齒輪齒數(shù)z=50.

2)齒輪設計參數(shù)，見表5。

表5 齒輪主要技術(shù)參數(shù)

3.4.4 主動車輪組的設計

原主動車輪組是由主動輪通過聯(lián)軸器與減速機齒箱連接，減速機輸出軸與主動輪聯(lián)軸器鉸制孔設計小，使用的螺栓太細，廢鋼車裝入廢鋼量變大后，導致螺栓經(jīng)常被切斷，造成傳動失效，車輛無法運行。經(jīng)過改造后，主動車輪組其結(jié)構(gòu)尺寸見圖5，聯(lián)軸器撤除，主動輪由通軸連接，徹底消除了螺栓切斷的源頭。

圖5 主動車輪組示意圖

4 改造效果

第一輛舊50t電動平車于2019年5月13日改造完成運送到我廠，于2019年5月20日開始投入使用。改造后的廢鋼車運行至今，設備系統(tǒng)穩(wěn)定，達到了升級改造的技術(shù)要求。第二輛舊50t廢鋼車于2019年9月19日改造完成運送到我廠作為備用車待用。改造后取得以下效果：

(1)技術(shù)提升改造后，消除了廢鋼車設備故障隱患，降低了煉鋼工序設備事故、故障停機率。

(2)技術(shù)提升改造后，提高了轉(zhuǎn)爐冶煉作業(yè)率，根據(jù)一年時間的統(tǒng)計計算廢鋼車設備事故、故障影響的生產(chǎn)時間，得出煉鋼工序產(chǎn)能提升了近5%。

(3)技術(shù)提升改造后，每年可使新區(qū)煉鋼節(jié)約備件、材料消耗成本約2.6萬元，減少人工檢修時間60個工時。

5 結(jié)束語

針對新區(qū)廢鋼車在提升產(chǎn)能后故障率增加的原因分析，通過嚴格論證分析后對廢鋼車車體結(jié)構(gòu)、走行傳動機構(gòu)進行設備升級改造，改造后滿足了轉(zhuǎn)爐廢鋼運送的正常需求，有得于提升產(chǎn)能工作的正常開展，降低了廢鋼車相關備件材料成本，達到預期改造效果。