宮文龍

（太原重工股份有限公司 技術(shù)中心，山西 太原 030024）

0 引言

太原重工股份有限公司作為國內(nèi)焦化設(shè)備生產(chǎn)基地之一，近年來在干熄焦焦罐車的自主開發(fā)上取得了長足的進步，具備了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的焦罐車系列產(chǎn)品的設(shè)計及制造能力。目前，7m焦爐是國內(nèi)煉焦行業(yè)大型化頂裝焦爐的主力爐型，2012年8月，太原重工股份有限公司采用最新技術(shù)研制出了國內(nèi)首臺7m焦罐車，其生產(chǎn)運行穩(wěn)定，并得到用戶的青睞。

1 焦罐車及其旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的工作原理

焦罐車往返運行在焦爐焦側(cè)的熄焦車軌道上，用焦罐接焦（焦爐內(nèi)的熱焦）后，由電機車運送到干熄焦塔下，由提升機將焦罐提走。在接焦環(huán)節(jié)，依靠圓形焦罐旋轉(zhuǎn)運動使焦罐內(nèi)的焦炭均勻分布，避免了焦炭偏載，同時實現(xiàn)了動態(tài)接焦。焦罐車旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的功能是用來完成旋轉(zhuǎn)接焦，其工作原理是通過減速機將旋轉(zhuǎn)電機的驅(qū)動力矩傳遞到撥桿，在撥桿帶動下，驅(qū)動旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤繞其中心轉(zhuǎn)動。在接焦的過程中，焦罐總重量及接焦時落焦的沖擊力全部作用在回轉(zhuǎn)裝置的轉(zhuǎn)盤上，所以，轉(zhuǎn)盤既是一個運動部件，又是一個承力部件。在旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤下方設(shè)有環(huán)形軌道，轉(zhuǎn)盤部分通過圓形軌道支撐在排列成一圈的多個輥輪上，而輥輪固定在平臺上。由于回轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)盤會產(chǎn)生離心運動，可能會導(dǎo)致焦罐傾覆，發(fā)生事故。為有效避免焦罐傾覆的可能性，我們對傳統(tǒng)焦罐車旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的傳動形式進行了改進。

2 傳統(tǒng)焦罐車旋轉(zhuǎn)機構(gòu)

傳統(tǒng)焦罐車旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的傳動形式為直聯(lián)驅(qū)動式傳動系統(tǒng)，如圖1所示。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)由單臺制動電機驅(qū)動，電機力矩通過萬向聯(lián)軸器傳遞給直角錐減速器輸入軸，在制動電機的另一端裝有制動器。減速器為三級齒輪傳動，第一、二級均為斜齒輪嚙合，第三級為一對傘齒輪嚙合。減速器輸出軸與撥桿固定在一起，另一端固定在轉(zhuǎn)盤上，從而帶動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)。

圖1 傳統(tǒng)焦罐車旋轉(zhuǎn)機構(gòu)傳動形式

從圖1可以看出，整個回轉(zhuǎn)機構(gòu)布置在轉(zhuǎn)盤的正下方，而轉(zhuǎn)盤上放熾熱的焦罐，高溫輻射嚴重降低了制動電機、減速機的使用壽命。盡管現(xiàn)場都設(shè)有防護罩，還是不可避免造成損害。傳動機構(gòu)置于車架中間，轉(zhuǎn)盤正下方，空間較小，各零部件的安裝調(diào)整和維護非常不方便。其存在的隱患有如下幾點：

（1）轉(zhuǎn)盤在回轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生離心運動，轉(zhuǎn)盤的傾翻力矩全部作用在減速機的輸出軸上，對輸出軸徑向載荷要求高，往往有殼體裂開的現(xiàn)象。

（2）制動電機受功率大小的限制，超過一定的功率需單獨增設(shè)制動器，傳動機構(gòu)的長度相應(yīng)加長，對電機和減速機的同軸度要求高。

（3）平面布置比較集中，且在轉(zhuǎn)盤下方，空間小，關(guān)鍵傳動件的安裝調(diào)整和維護非常不便。

3 改進后的焦罐車新旋轉(zhuǎn)機構(gòu)

改進后的焦罐車新旋轉(zhuǎn)機構(gòu)傳動形式為外置懸掛式傳動系統(tǒng)，如圖2所示。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)由單臺電機驅(qū)動，動力通過梅花彈性聯(lián)軸器、制動器傳遞給換向器輸入軸，換向器輸出軸通過萬向聯(lián)軸器傳遞給行星減速器輸入軸，減速器輸出軸與撥桿固定在一起，另一端固定在轉(zhuǎn)盤上，從而帶動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)。為防止轉(zhuǎn)盤傾翻，在行星減速器的周圍裝有固定導(dǎo)軌，用于轉(zhuǎn)盤下側(cè)導(dǎo)向輥的導(dǎo)向。

圖2 改進后的焦罐車新旋轉(zhuǎn)機構(gòu)傳動形式

從圖2可以看出，整個旋轉(zhuǎn)機構(gòu)布置比較合理，空間較大，各零部件的安裝調(diào)整和維護較為方便。行星減速機布置在轉(zhuǎn)盤正下方，且置于車架內(nèi)，既避免了高溫?zé)彷椛?，又有利于整機的穩(wěn)定性。

4 新傳動形式旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點

4.1 單電機外置懸掛結(jié)構(gòu)

焦罐車旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的傳動部分采用外置懸掛結(jié)構(gòu)，借單級減速機進行換向，使旋轉(zhuǎn)機構(gòu)呈“L”型布置。傳動部分固定在車架的側(cè)面，電機的力矩通過換向器、萬向聯(lián)軸器傳到回轉(zhuǎn)減速輸入軸上，安裝、維護方便可靠。

相對傳統(tǒng)機構(gòu)的減速機，行星減速機具有體積小、重量輕、承載能力高、使用壽命長、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低等特點?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)采用行星減速機后，安裝在車架中間（轉(zhuǎn)盤下方），其優(yōu)點如下：①傳動件的轉(zhuǎn)動慣量有所降低，機構(gòu)的穩(wěn)定性顯著提高；②在輸出額定轉(zhuǎn)速不變的情況下，因行星減速比大，電機的級數(shù)降低，功率相應(yīng)減??；③旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤下設(shè)有側(cè)導(dǎo)向輥，行星減速機的外側(cè)設(shè)固定導(dǎo)軌，在轉(zhuǎn)動過程中，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤上的側(cè)輥與固定導(dǎo)軌嚙合，從而徹底克服了轉(zhuǎn)盤傾翻的可能性；④減速機外設(shè)有獨立的油泵，通過改變潤滑油，將工作溫度可以控制在－25℃～100℃。

4.2 盤式制動器和梅花彈性聯(lián)軸器

新焦罐車旋轉(zhuǎn)機構(gòu)制動器采用先進的盤式制動器，安裝在電機和換向器之間，體積小、安裝維護簡單方便，使用時無須調(diào)整。配套聯(lián)軸器設(shè)計為梅花形彈性盤式聯(lián)軸器，安裝精度要求較低，裝配簡單，且有緩沖作用。彈性圈材料為聚氨脂，壽命長、噪聲低。

4.3 支撐輥輪的選擇

理論上，輥輪的形狀分為圓柱形和圓錐形。圓柱形輥輪，由于內(nèi)、外端回轉(zhuǎn)半徑不同，滾動起來有速度差，使輥輪與軌道之間發(fā)生滑動，增大運行阻力，加快了輥輪的磨損。錐形輥子則不同，設(shè)計時滾輪的錐度可以保證無滑動，減小滾輪的磨損，運行阻力小。但是，其輥道也要做成錐形，且錐形輥輪會使輥子產(chǎn)生軸向分力，必須采用雙邊錐形輥子結(jié)構(gòu)來限制旋轉(zhuǎn)離心力，使機械運轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)可靠，減少環(huán)軌表面的磨損。考慮到焦罐轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn)速度不高，環(huán)形軌道直徑很大，所以相對滑動速度小，仍可采用圓柱滾輪。

針對圓柱輥子磨損過快和易更換的特點，本設(shè)計改輥子圓柱表面為圓弧表面制造，解決了實際問題。從理論上講，它與環(huán)形軌道為點接觸，其運動方式為滾動，但實際中旋轉(zhuǎn)負載較大，變形后相對圓柱輥輪接觸面變小，磨損明顯降低，達到使用要求。在材料的選用上，選用優(yōu)質(zhì)合金鋼制作。制作中，嚴格遵循要淬火增加其硬度，又不能高于環(huán)形軌道的表面硬度的工藝路線。

4.4 合理的平面布置

旋轉(zhuǎn)機構(gòu)是新焦罐車上最主要的部件，其結(jié)構(gòu)和安裝位置對轉(zhuǎn)盤上相關(guān)部件的結(jié)構(gòu)和裝配有著重要的影響，對轉(zhuǎn)盤及其上焦罐旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的傾覆力矩起決定性作用。焦罐車的新旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的平面布置，使得電機、聯(lián)軸器、制動器等傳動件避開了熾熱焦罐的高溫炙烤。無論是對減聯(lián)件使用壽命的提高，還是檢修時的便利，都有不可低估的作用。

整個旋轉(zhuǎn)機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、重量輕，傳動件（軸、齒輪）數(shù)量少，加工、裝配工作量小，安裝更加方便，從而降低了制造成本，提高了設(shè)備的質(zhì)量，同時為其他部件的安裝位置、平面布置的合理性創(chuàng)造了條件。

5 結(jié)束語

焦罐車是一種較復(fù)雜的高溫環(huán)保設(shè)備，設(shè)計時必須從高溫性、使用性、工藝性、安全性、經(jīng)濟性等多方面進行綜合考慮。從焦爐生產(chǎn)的連續(xù)性、高效性的方面考慮，盡管新旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計復(fù)雜一點，成本略微高一點，但都是值得考慮的優(yōu)選方案。隨著制造和使用過程中的不斷完善和改進，相信會得到廣大用戶的一致好評，將會適應(yīng)更大規(guī)格焦爐配套焦罐車的工作要求。

［1］閻書文.機械式挖掘機設(shè)計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1991.

［2］周亞平，佘世云.干熄焦旋轉(zhuǎn)焦罐車設(shè)計中的幾個問題［J］.冶金設(shè)備，2004（2）：23-25.