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        入爐輥道進(jìn)口減速電機(jī)國(guó)產(chǎn)化改進(jìn)和性能提升

        2022-08-28 05:47:06謝尚軍
        設(shè)備管理與維修 2022年15期
        關(guān)鍵詞:輥?zhàn)?/a>鋼坯輥道

        謝尚軍

        (寧波東力傳動(dòng)設(shè)備有限公司,浙江寧波 315000)

        0 引言

        輥道減速電機(jī)是現(xiàn)代冶金行業(yè)廣泛應(yīng)用的傳動(dòng)設(shè)備,其運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到整條產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本[1-2]。輥道減速電機(jī)的工作環(huán)境溫度高、沖擊大且?guī)лd荷頻繁啟動(dòng),對(duì)穩(wěn)定性和使用性能要求較高,因此鋼廠很大一部分設(shè)備所配的輥道減速電機(jī)長(zhǎng)期被進(jìn)口品牌壟斷。在一些特殊工況下,由于前期設(shè)計(jì)選型對(duì)實(shí)際使用工況了解不夠充分,或?yàn)榱私档驮O(shè)備成本等原因,輥道減速電機(jī)選型偏小導(dǎo)致其不能正常工作,甚至引起停產(chǎn)或安全事故。例如,國(guó)內(nèi)某鋼廠熱軋項(xiàng)目使用的進(jìn)口輥道減速電機(jī),在生產(chǎn)過(guò)程中頻繁出現(xiàn)斷軸、打齒、箱體開(kāi)裂和燒電機(jī)等問(wèn)題。

        1 現(xiàn)場(chǎng)使用工況及相關(guān)參數(shù)校核

        1.1 現(xiàn)場(chǎng)使用工況

        輥道減速電機(jī)輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與輥?zhàn)酉噙B,輥?zhàn)觾啥烁饔幸粋€(gè)軸承座支撐固定(圖1)。減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)輥?zhàn)有D(zhuǎn),從而帶動(dòng)輥?zhàn)由系匿撆饕苿?dòng)[3]。鋼坯對(duì)輥?zhàn)拥臎_擊力通過(guò)聯(lián)軸器傳遞到減速電機(jī),該設(shè)備24 h 單向運(yùn)行,環(huán)境溫度較高,沖擊較大[4-6]。由于運(yùn)送的鋼坯受熱不均導(dǎo)致鋼坯頭、尾普遍存在彎曲叩頭現(xiàn)象。偶爾出現(xiàn)變形較大的鋼坯,例如1 個(gè)鋼坯僅由2 個(gè)輥?zhàn)又?,鋼坯中間的幾個(gè)輥?zhàn)优c鋼坯接觸很少甚至不接觸,此時(shí)會(huì)出現(xiàn)輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)而鋼坯不動(dòng),操作人員發(fā)現(xiàn)后用夾鉗將不動(dòng)的鋼坯吊離輥道。有時(shí)來(lái)不及將不動(dòng)的鋼坯吊離,后面過(guò)來(lái)的鋼坯就會(huì)撞擊前面不動(dòng)的鋼坯,推動(dòng)鋼坯向前運(yùn)動(dòng)。這種情況對(duì)輥道減速電機(jī)的沖擊最大,其過(guò)載遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電機(jī)可承受的過(guò)載范圍,這也是導(dǎo)致該部位輥道減速電機(jī)頻繁損壞的原因之一。據(jù)了解,該生產(chǎn)線投產(chǎn)1 年左右,該部位50 多臺(tái)輥道減速電機(jī)頻繁損壞,其平均使用壽命為2 個(gè)月。輥道減速電機(jī)頻繁損壞,嚴(yán)重影響鋼廠的正常生產(chǎn),并且大大增加了備件的修復(fù)費(fèi)用。

        圖1 入爐輥道輥?zhàn)蛹皞鲃?dòng)結(jié)構(gòu)

        1.2 進(jìn)口輥道減速電機(jī)技術(shù)參數(shù)校核

        該進(jìn)口輥道減速電機(jī)所配電機(jī)為YGP180L1-4-11 kW,減速機(jī)速比為27.58,兩級(jí)傳動(dòng),電機(jī)與減速機(jī)采用直聯(lián)結(jié)構(gòu)(圖2)。齒輪按常用材料20CrMnTi 滲碳淬火進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算(表1)[7-8]。

        圖2 兩級(jí)傳動(dòng)減速機(jī)

        根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知,許用最小接觸安全系數(shù)應(yīng)大于1.25,許用最小彎曲安全系數(shù)應(yīng)大于1.6[9]。從表1 的計(jì)算結(jié)果可知,該減速電機(jī)的第一級(jí)齒輪接觸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度勉強(qiáng)滿足工況要求,第二級(jí)齒輪接觸和彎曲強(qiáng)度嚴(yán)重不足。

        表1 進(jìn)口輥道減速電機(jī)技術(shù)參數(shù)

        由以上計(jì)算數(shù)據(jù)可知,進(jìn)口輥道減速電機(jī)選型偏小是其在生產(chǎn)過(guò)程中頻繁出現(xiàn)輸出軸斷軸、齒輪打齒、箱體開(kāi)裂的直接原因。直接加大機(jī)座號(hào)是能夠解決問(wèn)題,但是安裝尺寸需要全部加大,改造周期和費(fèi)用超出業(yè)主預(yù)期,只能根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝條件,對(duì)減速電機(jī)進(jìn)行非標(biāo)設(shè)計(jì)以達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)使用的要求。

        1.3 選型校核

        原始選型參數(shù)由業(yè)主提供[10-11]。

        已知,輥間距L=1600 mm,鋼坯線速度V=1.0 m/s,輥?zhàn)又睆紻=350 mm,鋼坯規(guī)格220 mm×1250 mm×10 000 mm,單個(gè)鋼坯重m≈22 t。

        根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用工況,要分兩種情況:

        (1)在鋼坯不變形的情況下,單根鋼坯需要n 個(gè)輥?zhàn)又危簄=10 000/1600=6.25 個(gè)。即在鋼坯不變形的情況下,由6 個(gè)輥?zhàn)油瑫r(shí)支撐1 個(gè)鋼坯(此種情況與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際不符)。單個(gè)輥?zhàn)映惺茕撆鞯闹亓縨1=22/6=3.67 t。

        (2)在鋼坯變形的情況下,例如變形最大時(shí),即1 個(gè)方坯由2個(gè)輥?zhàn)又蝃12],單個(gè)輥?zhàn)映惺苤亓縨2=22/2=11 t。

        以鋼坯變形最大進(jìn)行計(jì)算。鋼坯在輥道上穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的靜力矩[13]:

        式中 Mj——輥道穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的靜力矩,N·m

        Q——該組輥道上鋼坯壓力,110 000 N

        C——由1 臺(tái)輥道減速電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的輥?zhàn)訑?shù)目,1

        G1——單個(gè)輥?zhàn)拥馁|(zhì)量,kg;取800 kg

        μ——滾動(dòng)軸承的摩擦因數(shù);取0.005

        f——鋼坯在輥?zhàn)由系臐L動(dòng)摩擦因數(shù);熱鋼錠為0.002

        代入式(1)得Mj=270 N·m

        由于鋼坯由0 加速到1 m/s,除鋼坯穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的靜力矩外,還要考慮輥?zhàn)雍弯撆鞯膭?dòng)力矩:

        式中 Md——輥道穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的動(dòng)力矩,N·m

        D——輥?zhàn)又睆剑琺m;取350 mm

        μ1——鋼坯打滑時(shí)的摩擦因數(shù);熱鋼坯為0.3

        代入式(2)得Md=6187 N·m

        反饋源于控制論,是指作為輸入信號(hào)、回應(yīng)系統(tǒng)的控制器的輸出。[1] 教學(xué)環(huán)境中的反饋被定義為:“提供給學(xué)習(xí)者以告知其學(xué)習(xí)或表現(xiàn)的實(shí)際狀態(tài)的所有后期反應(yīng)信息”[2]127,是教學(xué)的重要因素和有效學(xué)習(xí)的基本原則。 “反饋是寫作過(guò)程法的一個(gè)基本要素”[3]294。

        所以輥道在啟動(dòng)時(shí)所需的力矩:

        當(dāng)鋼坯在輥道受阻停止時(shí),驅(qū)動(dòng)輥道的靜力矩達(dá)到最大值Mmax。鋼坯在移動(dòng)時(shí)碰撞到輥道側(cè)面板,或受到前面鋼坯、擋板的阻擋使其停止移動(dòng),而輥?zhàn)舆€在繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),輥?zhàn)优c鋼坯間發(fā)生打滑,此時(shí),輥?zhàn)优c鋼坯間的滾動(dòng)摩擦變成了滑動(dòng)摩擦。

        代入式(4)得Mmax=5870 N·m,M>Mmax。

        在輥道啟動(dòng)時(shí),為了保證鋼坯能在輥道上移動(dòng),所選擇的電機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩M啟應(yīng)滿足以下條件:

        式中 Mmax——電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩,N·m

        i——輥道減速電機(jī)的減速比

        η——傳動(dòng)效率;取0.96

        式中 Me——電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩,N·m

        K——電機(jī)最大過(guò)載倍數(shù),≤2.5

        原進(jìn)口減速電機(jī)所配輥道電機(jī)為YGP180L1-4-11 kW,電機(jī)轉(zhuǎn)速1470 r/min,輥道轉(zhuǎn)速53 r/min,減速比i=27.58,Me=71.7 N·m。

        由式(5)和式(6)得:

        所以K=3.15>2.5。

        由此可知,出現(xiàn)燒電機(jī)就是在鋼坯變形最大時(shí)發(fā)生,即只有2 個(gè)輥?zhàn)又? 個(gè)鋼坯重量時(shí)。

        將電機(jī)增大到Y(jié)GP180L2-4-15 kW 時(shí),根據(jù)上述算式計(jì)算得出K=2.1<2.5,即在載荷最大的情況下,電機(jī)功率加大到15 kW就可滿足現(xiàn)場(chǎng)使用。

        2 國(guó)產(chǎn)化改造的可行性

        2.1 改造思路

        由于該項(xiàng)目為局部改造性質(zhì),所以改造方案必須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件:①結(jié)合現(xiàn)有傳動(dòng)條件,減速機(jī)由兩級(jí)傳動(dòng)改為三級(jí)傳動(dòng);②結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)安裝空間,要想大幅提高減速機(jī)的強(qiáng)度,必須加大中心距和齒輪模數(shù);③安裝尺寸盡可能保持不變,尤其是減速機(jī)的中心高尺寸不能改變,但是高度方向尺寸沒(méi)有限制。因此,減速機(jī)由同軸式傳動(dòng)改為平行軸式傳動(dòng),這樣才能保證優(yōu)化改進(jìn)后的減速機(jī)承載力大幅提高(圖3、圖4)。

        圖3 兩級(jí)同軸式傳動(dòng)

        圖4 三級(jí)平行軸式傳動(dòng)

        2.2 改造方案

        基于上述思路,確定相關(guān)技術(shù)參數(shù)[14]并計(jì)算(表2)。

        由于所配電機(jī)功率需要加大到15 kW,改造后的減速機(jī)地腳孔尺寸需要由Φ26 mm 加大到Φ33 mm,輸出軸直徑由Φ70(m6)mm加大到Φ90(m6)mm,其余安裝尺寸保持不變,減速機(jī)箱體采用焊接件或鑄鋼件。由表2 可知,國(guó)產(chǎn)化技術(shù)改進(jìn)后的減速機(jī)每一級(jí)齒輪接觸和彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)都達(dá)到或超過(guò)要求的最小值。

        表2 優(yōu)化改進(jìn)后的技術(shù)參數(shù)

        2018 年3 月國(guó)產(chǎn)化技術(shù)改造的輥道減速電機(jī)第一批8 臺(tái)上線,使用一年后無(wú)任何問(wèn)題。2019 年5 月把該部位余下40 多臺(tái)全部改造完畢,使用至今無(wú)任何質(zhì)量問(wèn)題。改造后的輥道減速電機(jī)使用性能大幅提高,有力保障了該項(xiàng)目生產(chǎn)線的可靠運(yùn)行,為該鋼廠節(jié)省了大量的改造和備件費(fèi)用。

        3 結(jié)語(yǔ)

        據(jù)了解,國(guó)內(nèi)冶金設(shè)備配套的進(jìn)口減速電機(jī)存在類似問(wèn)題很多,該部位輥道減速電機(jī)國(guó)產(chǎn)化的成功改造,為國(guó)內(nèi)冶金設(shè)備國(guó)產(chǎn)化改造積累了一定的成功經(jīng)驗(yàn)。進(jìn)口設(shè)備國(guó)產(chǎn)化是一項(xiàng)對(duì)技術(shù)有很強(qiáng)要求的工作,需要根據(jù)實(shí)際使用工況,科學(xué)選擇國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目和性能優(yōu)良的國(guó)產(chǎn)備件,并不斷提高技術(shù)人員理論水平和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),才能保證進(jìn)口設(shè)備國(guó)產(chǎn)化工作的順利進(jìn)行。實(shí)踐表明,進(jìn)口設(shè)備國(guó)產(chǎn)化改造只有在尊重科學(xué)、大膽創(chuàng)新和充分了解設(shè)備的實(shí)際使用工況下,才能使國(guó)產(chǎn)化工作邁向新臺(tái)階,企業(yè)的設(shè)備管理工作才會(huì)得到大幅度提高。

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