邵 琳，惠 展，趙 博，劉桂中

(中鋼集團(tuán)西安重機(jī)有限公司，陜西 西安 710201)

0 前言

高爐在出鐵期間散發(fā)的煙塵是鋼鐵廠的主要污染源之一。其中高爐出鐵口的產(chǎn)塵量約占出鐵場(chǎng)總污染物的30%，是高爐出鐵場(chǎng)的主要產(chǎn)生塵源，因此，出鐵口煙塵的有效捕集直接關(guān)系到整個(gè)高爐除塵的效果。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)投產(chǎn)的幾座高爐出鐵場(chǎng)的除塵風(fēng)量分析，主溝蓋與移蓋機(jī)技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)有效的除塵手段。在高爐渣鐵溝上設(shè)溝蓋板是控制出鐵場(chǎng)煙塵、減少污染、改善操作條件的基礎(chǔ)，主鐵溝的第一段溝蓋在開(kāi)、堵鐵口時(shí)需要移開(kāi)，以讓出泥炮、開(kāi)鐵口機(jī)工作所需位置，操縱這段溝蓋的移蓋機(jī)是爐前主要設(shè)備之一。

本文針對(duì)寶鋼2號(hào)高爐大修，結(jié)合爐前布置和使用要求設(shè)計(jì)了一種回轉(zhuǎn)式揭蓋機(jī)。

1 設(shè)備布置與構(gòu)成

1.1 設(shè)備布置

爐前泥炮、開(kāi)口機(jī)及移蓋機(jī)是風(fēng)口平臺(tái)出鐵廠系統(tǒng)的主要設(shè)備，其布置和控制要求采用全平坦化出鐵場(chǎng)。兩個(gè)出鐵場(chǎng)各設(shè)2個(gè)鐵口，兩鐵口間夾角40°。每個(gè)鐵口設(shè)置一套新型大推力液壓泥炮、全液壓開(kāi)鐵口機(jī)和液壓移蓋機(jī)。泥炮、開(kāi)鐵口機(jī)同側(cè)布置，移蓋機(jī)布置在另一側(cè)，在泥炮和開(kāi)口機(jī)對(duì)面，落地布置在出鐵場(chǎng)平臺(tái)上。

爐前泥炮、開(kāi)口機(jī)、移蓋機(jī)設(shè)備在出鐵場(chǎng)平臺(tái)的布置位置和移蓋機(jī)設(shè)備運(yùn)行要求：泥炮和開(kāi)口機(jī)布置在出鐵場(chǎng)外側(cè)，移蓋機(jī)布置在出鐵場(chǎng)內(nèi)側(cè)，風(fēng)口平臺(tái)與出鐵場(chǎng)平臺(tái)高度差2 850 mm，B蓋高度800 mm。根據(jù)爐前設(shè)備平面布置和B蓋高度綜合考慮，同一出鐵場(chǎng)兩臺(tái)移蓋機(jī)設(shè)備須左右背對(duì)布置在兩主溝之間，運(yùn)行中主溝蓋提升高度在回轉(zhuǎn)過(guò)程中與B蓋最高處留有足夠的運(yùn)行安全距離，且移蓋機(jī)設(shè)備全動(dòng)作軌跡范圍(運(yùn)行最高點(diǎn)與風(fēng)口平臺(tái)下沿)有足夠的安全運(yùn)行空間。同時(shí)考慮兩個(gè)鐵口主溝蓋在待機(jī)位的放置空間以及檢修操作狀態(tài)的設(shè)置。綜合以上因素，中鋼集團(tuán)西安重機(jī)有限公司為寶鋼2號(hào)高爐項(xiàng)目的設(shè)計(jì)了一種回轉(zhuǎn)式移蓋機(jī)。

1.2 設(shè)備構(gòu)成

該移蓋機(jī)提升動(dòng)作采用油缸直推結(jié)構(gòu)形式，回轉(zhuǎn)動(dòng)作通過(guò)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)內(nèi)齒形回轉(zhuǎn)支承實(shí)現(xiàn)設(shè)備平面旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。該設(shè)備主要由機(jī)械本體、液壓管路及輔助系統(tǒng)組成。其中機(jī)械本體包括：提升裝置、回轉(zhuǎn)裝置、底座裝置和基礎(chǔ)件。移蓋機(jī)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 移蓋機(jī)結(jié)構(gòu)

(1)提升裝置。主要由提升鉤、提升臂和提升油缸組成，提升臂末端與回轉(zhuǎn)支座采用軸連接，作為固定支點(diǎn)，通過(guò)提升油缸驅(qū)動(dòng)提升臂繞該固定支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)提升臂前端的起落動(dòng)作。

(2)回轉(zhuǎn)裝置。主要由回轉(zhuǎn)支座和液壓馬達(dá)組件組成，與底座裝置通過(guò)滾珠軸承連接，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的回轉(zhuǎn)動(dòng)作。

(3)底座裝置。主要由底座、滾珠軸承和緩沖裝置組成，與基礎(chǔ)件采用螺栓連接。

(4)基礎(chǔ)件。預(yù)埋式基礎(chǔ)框架和地腳螺栓組件，采用此種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在提高設(shè)備在安裝定位精度的同時(shí)也能提高設(shè)備安裝基礎(chǔ)找正操作效率。

(5)液壓管路。采用旋轉(zhuǎn)接頭進(jìn)行回轉(zhuǎn)體液壓管路連接，簡(jiǎn)化管路布置結(jié)構(gòu)的同時(shí)增加運(yùn)行可靠性。

(6)輔助系統(tǒng)。輔助系統(tǒng)主要包含角度測(cè)量裝置和潤(rùn)滑系統(tǒng)。角度測(cè)量裝置主要用于實(shí)時(shí)反饋設(shè)備所處的回轉(zhuǎn)角度狀態(tài)，以便與生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和執(zhí)行遙控操作。

2 設(shè)備特性

2.1 設(shè)備主要參數(shù)

根據(jù)爐前整體布置需求，設(shè)定設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

2.2 工作流程

(1)送蓋流程。提升臂上升(6～8 s)-提升到位-設(shè)備回轉(zhuǎn)(15～25 s，145°)-回轉(zhuǎn)工作位角度-提升臂下降(6～8 s)-溝蓋落至工作位-系統(tǒng)停止。

(2)取蓋流程。提升臂上升(6～8 s)-提升到位-設(shè)備回轉(zhuǎn)(15～25 s，145°)-回轉(zhuǎn)到待機(jī)位角度-提升臂下降(6～8 s)-溝蓋落至待機(jī)位-系統(tǒng)停止。

3 回轉(zhuǎn)式移蓋機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

3.1 提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

提升裝置通過(guò)提升油缸直接推動(dòng)提升臂，使提升臂繞后固定支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)前端提升鉤對(duì)溝蓋的提升動(dòng)作。采用此種提升結(jié)構(gòu)形式，可以更好的滿足在2 850 mm凈空高度的前提下，實(shí)現(xiàn)提升高度≥900 mm。

在提升裝置中，提升臂的設(shè)計(jì)采用了箱型結(jié)構(gòu)，如圖2所示，主要由兩側(cè)板、上部頂板、下部底板和尾部筒體組成整體承載結(jié)構(gòu)，同時(shí)提升臂后端與回轉(zhuǎn)支座鉸接支點(diǎn)采用貫通筒體結(jié)構(gòu)形式，增強(qiáng)鉸接點(diǎn)連接后的穩(wěn)定性。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是整體承載增強(qiáng)，封閉性好，在滿足剛性要求的同時(shí)保證腔體內(nèi)部機(jī)械加工操作空間，便于加工操作。

圖2 提升臂

提升臂和提升油缸之間采用耳板結(jié)構(gòu)，連接中設(shè)置環(huán)套結(jié)構(gòu)，通過(guò)配合要求以保證該連接點(diǎn)的徑向承載要求和軸向方向的定位和壓緊。

提升臂與回轉(zhuǎn)支座之間設(shè)置有檢修安全定位銷(xiāo)，當(dāng)進(jìn)行檢修或者提升油缸更換操作時(shí)，使用安全定位銷(xiāo)，以防止設(shè)備提升臂的非預(yù)期動(dòng)作，確保操作安全性。

3.2 回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

回轉(zhuǎn)支座與固定底座通過(guò)內(nèi)齒型回轉(zhuǎn)支承連接。在回轉(zhuǎn)支座上安裝有液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)安裝在其輸出軸上的小齒輪旋轉(zhuǎn)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)的小齒輪與內(nèi)齒型回轉(zhuǎn)支承的嚙合，使回轉(zhuǎn)支承內(nèi)外圈產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，以完成回轉(zhuǎn)支座平面旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)動(dòng)作。

回轉(zhuǎn)支座的設(shè)計(jì)采用了雙側(cè)腔型承載結(jié)構(gòu)如圖3所示。底板采用拼接式結(jié)構(gòu)，主要承載位置采用厚鋼板，前端底板相對(duì)減薄焊接支承筋板?；剞D(zhuǎn)支座(與提升臂連接處)雙側(cè)立板采用焊接腔型結(jié)構(gòu)。組裝結(jié)構(gòu)中，回轉(zhuǎn)支座與提升臂固定支點(diǎn)的連接采用長(zhǎng)軸連接結(jié)構(gòu)，如圖4所示，關(guān)節(jié)軸承安裝在提升臂兩端，端面安裝壓蓋固定外圈。提升臂和回轉(zhuǎn)支座通過(guò)連接軸連接，連接軸為階梯軸，兩端關(guān)節(jié)軸承采用一端固定一端游動(dòng)形式。

圖3 回轉(zhuǎn)支座

圖4 提升臂與回轉(zhuǎn)支座連接

使用此種連接形式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝調(diào)整操作方便，可以更好的保證提升機(jī)構(gòu)中固定支點(diǎn)的連接精度和提升運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。

回轉(zhuǎn)裝置與底座裝置之間設(shè)置有檢修位安全機(jī)械鎖，在進(jìn)行移蓋機(jī)設(shè)備安裝或是進(jìn)行設(shè)備檢修時(shí)，將設(shè)備鎖定在檢修位，確保操作安全性。

3.3 雙馬達(dá)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

移蓋機(jī)的回轉(zhuǎn)裝置采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)形式。在本次設(shè)計(jì)中，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置采用雙馬達(dá)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，如圖5所示，為了保證雙馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的同步性和設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置與回轉(zhuǎn)支座的安裝連接處設(shè)置調(diào)整裝置，以控制設(shè)備在回轉(zhuǎn)過(guò)程中兩個(gè)馬達(dá)的同步和承載問(wèn)題。同時(shí)驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)也要求具備單馬達(dá)驅(qū)動(dòng)設(shè)備運(yùn)行的能力，以確保在一個(gè)馬達(dá)運(yùn)行正常的情況下可以完成設(shè)備的回轉(zhuǎn)動(dòng)作。

圖5 回轉(zhuǎn)裝置

固定底座上設(shè)置有液壓和機(jī)械限位裝置，能有效地減緩設(shè)備回轉(zhuǎn)過(guò)程對(duì)待機(jī)位和工作位停機(jī)時(shí)的慣性沖擊。

3.4 液壓管路和角度測(cè)量裝置

液壓管路設(shè)置旋轉(zhuǎn)接頭，采用芯軸固定，殼體旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，管路進(jìn)油設(shè)置在芯軸上，與內(nèi)部執(zhí)行件連接油口設(shè)置在殼體上。旋轉(zhuǎn)接頭安裝在固定底座的回轉(zhuǎn)中心位置，管路進(jìn)油口鋼管通過(guò)固定底座上設(shè)置的出口接至設(shè)備外，旋轉(zhuǎn)接頭出油口與液壓馬達(dá)之間通過(guò)硬管連接，與提升油缸之間采用耐高溫高壓膠管連接。

該移蓋機(jī)配置角度測(cè)量裝置，以便實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行位置和工作回轉(zhuǎn)角度。角度測(cè)量裝置采用在回轉(zhuǎn)中心位置配置絕對(duì)值編碼器以直接測(cè)量設(shè)備運(yùn)行的角度值，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)角度的精準(zhǔn)測(cè)量。在編碼器的設(shè)計(jì)中，為了解決編碼器安裝位置問(wèn)題，同時(shí)便于編碼器的安裝拆卸和檢修更換，對(duì)角度測(cè)量裝置的編碼器安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了特殊的安裝和拆卸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

(1)該回轉(zhuǎn)式移蓋機(jī)整體結(jié)構(gòu)緊湊、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、桿件設(shè)置合理、構(gòu)件強(qiáng)度高。設(shè)備在高溫、多粉塵及渣鐵噴濺的環(huán)境下能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作；

(2)該移蓋機(jī)采用全液壓驅(qū)動(dòng)，整體運(yùn)行平穩(wěn)。提升機(jī)構(gòu)為油缸直推式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用和維護(hù)方便?；剞D(zhuǎn)動(dòng)作通過(guò)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)內(nèi)齒回轉(zhuǎn)支承實(shí)現(xiàn)設(shè)備旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，傳動(dòng)精準(zhǔn)性高，且回轉(zhuǎn)基礎(chǔ)穩(wěn)固，工作可靠性高。

(3)該移蓋機(jī)在待機(jī)和工作位置均設(shè)有緩沖裝置，最大限度的減小設(shè)備運(yùn)動(dòng)中因慣性作用對(duì)設(shè)備本體的沖擊；在機(jī)械結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)中設(shè)置了多重保護(hù)裝置，運(yùn)行可靠。

(4)該移蓋機(jī)在提升裝置與回轉(zhuǎn)裝置之間、回轉(zhuǎn)裝置與底座裝置之間設(shè)置有安全定位銷(xiāo)，以防止設(shè)備檢修狀態(tài)中的非預(yù)期動(dòng)作，操作安全性好。

目前，該移蓋機(jī)已應(yīng)用于寶鋼2#高爐改造工程，至今工作可靠，運(yùn)行狀態(tài)良好。