章勤奮 高 炎 師 驊

(武鋼有限設備管理部 湖北 武漢：430080)

轉爐傾動機構屬于典型的低速重載冶金設備，在正常使用過程中，設備運行平穩(wěn)，使用壽命較長。但在設備異常使用的情況下，特別是一些關鍵零部件出現(xiàn)故障，將極大地影響傾動機構本體設備的使用壽命，甚至對傾動機構本體設備造成“致命”損傷。某廠轉爐傾動機構采用四點嚙合全懸掛柔性傳動型式的力矩緩沖平衡機構為扭力桿裝置。在轉爐傾翻過程中，傾翻力矩最終傳遞至扭力桿，依靠扭力桿自身的扭曲變形來緩存轉爐機構的轉動沖擊。在傳遞傾翻力矩的過程中，扭力桿支座承受較大的循環(huán)拉力和壓力。由于扭力桿支座存在設計缺陷，導致支座在安裝以及使用過程中問題較多，影響轉爐煉鋼生產的順利進行。

1 轉爐傾動機構設備簡介

轉爐傾動機采用四點嚙合全懸掛柔性傳動型式，主要由四臺交流變頻電動機、四臺電磁液壓制動器、四臺一次減速器、一套二次減速器、扭力桿平衡裝置、事故止動裝置、稀油集中潤滑站等部分組成，詳見圖1。力矩平衡機構為單扭力桿裝置。傾動機全懸掛傳動形式在末級傳動中由4個一次減速機驅動同一個大齒輪，而整個懸掛減速器通過曲柄與扭力桿裝置連接。扭力桿裝置通過扭力桿自身扭曲變形來抵抗傾動機構運行時產生的力偶矩，從而保證減速器相對平衡。扭力桿裝置的作用是防止懸掛在耳軸上的傳動裝置繞耳軸旋轉，能夠將傳動裝置的反力矩傳遞到基礎上。這種裝置是一種性能很好的柔性抗扭緩沖裝置，它的緩沖原理是利用細長的扭力桿的彈性變形來吸收能量，把外力矩轉化為扭力桿的扭轉彈性變形，從而起到緩沖的作用。抗扭裝置工作時，不使耳軸軸承受附加載荷。此裝置具有良好的緩沖性能，能夠降低傳動件上的動載最大值。

圖1 轉爐傾動機示意圖

2 傾動機構運行中存在的問題

轉爐傾動設備在正常運行過程中，由于扭力桿裝置的作用，保證了整個傾動系統(tǒng)的運行平穩(wěn)。在轉爐轉動過程中，扭力桿上下支座承受較大的拉力和壓力的循環(huán)作用。根據(jù)現(xiàn)場設備的運行狀況，發(fā)現(xiàn)扭力桿裝置存在以下問題。

2.1 扭力桿支座的結構強度不能滿足使用要求

扭力桿支座的兩邊側板與底板的焊接形式為雙邊角焊縫焊接(見圖2所示)，焊縫高度10mm。在轉爐轉動過程中產生的拉力和壓力的循環(huán)作用下，雙邊角焊縫產生開裂缺陷。

圖2 扭力桿支座簡圖

2.2 扭力桿上下支座連接螺栓孔分布尺寸不合理

扭力桿支座的連接螺栓孔共有4個，橫向螺栓孔距為250mm，縱向螺栓孔距為460mm。在安裝螺栓時，由于縱向螺栓孔距太小，導致螺桿頭部與支座本體產生干涉，需要將螺栓頭部或者支座本體切割修整后方可安裝螺栓。橫向螺栓孔間距為250mm，安裝螺栓后，由于螺栓頭部寬帶尺寸為95mm，曲柄寬度為150mm,導致螺栓頭部與曲柄之間的間距只有2.5mm(見圖3所示，劃圈區(qū)域為螺栓頭部與曲柄間距)，在轉爐運行中，扭力桿裝置發(fā)生扭曲變形，容易造成螺母撞擊曲柄。

圖3 螺栓與曲柄安裝位置示意圖

螺栓頭部與曲柄之間的間距:

L=(L1-L2-L3)/2=(250-150-95)/2=2.5mm

式中：L1為橫向螺栓孔間距，L2為曲柄寬度，L3為螺栓頭部寬度。

3 改造措施

3.1 改造扭力桿支座側板與底板的焊接形式

將底板上與側板連接的位置開孔，然后將兩塊側板插入底板后焊接，提高底板與側板的連接強度(見圖4)。

圖4 改造后支座簡圖

側板與底板間角焊縫高度由10mm增加到15mm，在側板與底板之間焊接兩塊“7”字形加強板，提高側板與底板的連接強度(見圖5)，“7”字形加強板長度為310mm，制作坡口后與側板焊接焊縫高度為50mm，與底板焊接焊縫高度為48mm，側板焊縫長度為330mm。

圖5 支座螺栓孔分布示意圖

在轉爐轉動過程中，支座側板與底板焊縫主要承受拉力，根據(jù)《鋼結構設計規(guī)范》中直角焊縫強度計算公式以及受力分析可知：

原設計結構角焊縫處應力

式中：F為支座側板與底板焊縫承受的拉力；h1，h2為側板兩側的角焊縫高度；L為側板焊縫長度。

將角焊縫高度由10mm增加到15mm后，角焊縫處應力

σ2=F/[(h1+h2)L]=F/[(15+15)330]

在角焊縫高度增加到15mm的基礎上，增加“7字”形加強板后，角焊縫處應力

σ3=F/[(15+15)330+310(50+48)]=F/40280

σ3/σ1=0.164，改造后焊縫應力只有原結構焊縫應力的16.4%，焊縫應力大大減少。

3.2 調整支座螺栓孔分布距離

將橫向與縱向孔距分別增加到280mm,490mm(見圖5)。消除了螺栓與支座本體的干涉問題，將螺母與扭力桿曲柄之間的距離由2.5mm增加到17.5mm,避免了螺母與曲柄相互碰撞的問題(見圖6)。

圖6 曲柄與螺母間距增大

4 改造后效果

(1)通過調整支座螺栓孔距，消除了螺栓與支座本體在安裝過程中的干涉問題以及螺母與曲柄的相互碰撞問題。

(2)通過支座結構形式優(yōu)化改造，加強了扭力桿支座的結構強度，原支座使用壽命只有1年，結構改造后，使用3年未出現(xiàn)問題。