羅 丹

(攀枝花鋼釩有限公司提釩煉鋼廠，四川 攀枝花 617062)

0 前言

攀鋼2#方坯連鑄熱送輥道是連接2#方坯連鑄生產(chǎn)線與軌梁廠軋鋼線的鑄坯運輸通道。連鑄車間生產(chǎn)出來的連鑄坯由橫移臺車從后區(qū)輥道上放到下線輥道后，通過旋轉(zhuǎn)輥道和熱送輥道輸送到軌梁廠進行軋制。

熱送輥道分7組共63根輥子，每根輥子直徑為Φ400 mm，轉(zhuǎn)速為47 r/min，輥子軸端處懸掛減速電機進行單獨傳動，電機功率7.5 kW。其中有10根輥子要穿過煉鋼廠與軌梁廠之間的公路隧道，由于場地狹小，運坯時鑄坯烘烤，環(huán)境溫度很高。

1 存在的主要問題

自從2#方坯熱送輥道建成投產(chǎn)以來，故障率非常高，主要表現(xiàn)在減速電機的電機法蘭螺栓松脫、斷裂，導(dǎo)致電機破損掉地、電機轉(zhuǎn)子定子分離，輥道無法運轉(zhuǎn);輥子懸掛減速機的軸身彎曲、斷裂;減速機殼體開裂，減速電機使用壽命非常短;公路隧道內(nèi)的電機減速機因環(huán)境溫度高故障率更高。導(dǎo)致年消耗備件費用約180萬元，故障時間約750 h。同時熱送輥道故障后，連鑄坯無法輸送到下道工序，影響生產(chǎn)進度。

2 存在問題的原因分析

通過對2#方坯熱送輥道現(xiàn)場調(diào)查、分析，認(rèn)為造成熱送輥道故障率高的主要原因是驅(qū)動輥子轉(zhuǎn)動的減速電機安裝方式不合理。

所有驅(qū)動熱送輥道的減速電機均采用懸掛方式安裝，減速機輸出軸為中空軸，傳動輥軸直接穿過減速機輸出軸，減速電機懸掛在輥子的懸臂上，為防止減速電機翻轉(zhuǎn)，減速機殼體下端通過1個鉸接螺栓固定在基礎(chǔ)框架上，如圖1所示。

由于2#方坯連鑄機澆鑄斷面為360 mm×450 mm，一般定尺7 m，且沒有去毛刺機，切割斷面下留有切割瘤，切割瘤比輸送輥面低，當(dāng)鑄坯在輥道運輸過程中剛接觸輸送輥時，首先對輥子造成沖擊。鑄坯輸送速度v=60 m/min，質(zhì)量m=8.8×103kg，沖擊作用時間t=0.05 s(現(xiàn)場估測，坯速1 m/s，沖擊接觸面約5 cm長)。假設(shè)鑄坯沖量的十分之一消耗在沖擊中，則沖擊力F=17.6 kN。輥子直徑d=400 mm，計算鑄坯對輥子產(chǎn)生的沖擊力矩:M=F×d/2=3520 N·m，而減速電機的額定扭矩為1520 N·m，沖擊力矩是額定轉(zhuǎn)矩的2倍，雖為估計，但也可看出沖擊力對輥道影響相當(dāng)大。由于減速機與輸送輥剛性連接，鑄坯對輥子的沖擊力矩直接傳遞到減速電機及其固定銷軸上，使電機、減速機振動很大，長期振動、沖擊造成減速機鉸接銷軸、電機與減速機連接的法蘭螺栓松動斷裂、電機損壞。

圖1 改造前輥道安裝示意圖Fig.1 Installation instruction of roller way before modification

當(dāng)鑄坯沖擊輥道后，輥子承受鑄坯沖擊力、鑄坯重力、軸承支座反力、減速電機重力、減速電機扭矩的共同作用。輥子受力如圖2所示。由于減速電機重量大，輥子懸臂長，造成懸掛減速電機的懸軸彎曲，使輥子轉(zhuǎn)動過程中懸軸長期承受彎、扭復(fù)合作用，使輥子懸軸斷裂。

同時由于熱送鑄坯，輥道軸承使用環(huán)境溫度高、振動大，潤滑脂容易變干燒結(jié)，造成軸承潤滑不良，使輥子轉(zhuǎn)動不靈活，加劇了減速電機的損壞。

圖2 輥子受力分析圖Fig.2 Stress analysis of roller

公路橋下的輥子出故障后，由于隧道內(nèi)地方狹窄、無檢修更換設(shè)施，減速電機損壞后不能及時處理，鑄坯輸送到故障輥道時不能繼續(xù)前行，依靠后部鑄坯撞擊頂過去。撞擊鑄坯對后部輥子造成沖擊，易使后部輥子損壞，加上隧道內(nèi)長期滯坯，環(huán)境溫度更高，如此往復(fù)，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致熱送輥道癱瘓，影響生產(chǎn)順利進行。

3 優(yōu)化改造方案

經(jīng)分析討論，決定對2#方坯熱送輥道傳動裝置及其安裝方式進行改造。根據(jù)輥道不同部位，在不改變原有輥道運輸能力和速度的前提下，將輥道改造分為公路橋下部分和其余部分，公路橋下采用集中傳動方式，其余部分采用改進型單輥傳動形式。

3.1 單輥傳動部分改造

除公路橋下輥道外的53根輸送輥仍然采用單獨傳動方式，主要針對輥子驅(qū)動裝置及其安裝方式和輥子軸承進行改造。安裝方式由直連懸掛方式改為通過聯(lián)軸器臥式安裝，輥子軸承由滾動軸承改為自潤滑軸承。

對單獨傳動的輥子，重新選用功率、速比與原設(shè)計功率7.5 kW、速比30.44相同的臥式安裝的減速電機;聯(lián)軸器選用膜片聯(lián)軸器;在輥道支撐梁外側(cè)開挖、制作預(yù)埋基礎(chǔ)，減速機安裝支座安裝在制作的預(yù)埋基礎(chǔ)之上。減速電機安裝支座分為6輥梁和5輥梁兩種規(guī)格;其中熱送第7組按單輥支座設(shè)計，但是輥道安裝支座與底座做成整體，如圖3所示。

圖3 改造后單輥傳動安裝示意圖Fig.3 Installation instruction of single roller driving device after modification

采用臥式安裝方式后，鑄坯在剛接觸輥子時產(chǎn)生的沖擊力矩絕大部分通過輥子與減速電機之間的膜片聯(lián)軸器吸收，減速電機只承受較小沖擊力矩。同時，減速電機不再對輥子軸端產(chǎn)生彎矩作用，在正常輸送鑄坯時，輥子懸臂只承受扭矩作用，因此輥子軸伸受力條件改善。

單獨傳動部分改造需要的主要零部件:

(1)重新設(shè)計制作減速電機安裝支座15個、M42地腳螺栓274個;

(2)重新選購7.5 kW臥式安裝的減速電機53臺、膜片聯(lián)軸器53個;

(3)新傳動輥53根、軸承106套;

(4)輥道支撐梁、導(dǎo)向板、軸承座等全部利舊。

現(xiàn)場改造安裝時，將導(dǎo)向板、舊輥子裝配、減速機拆除，在輥道支撐梁外側(cè)安裝新制作的減速電機安裝支座并加固，將線外重新組裝好的輥子裝配、減速電機安裝到相應(yīng)位置并調(diào)整好后通過聯(lián)軸器聯(lián)接可靠，同時恢復(fù)安裝導(dǎo)向板。

3.2 公路橋下輥道改造

將公路橋下10根輥子分為2組，每組5根傳動輥。每組輥子由原設(shè)計的單獨傳動改為鏈輪、鏈條集中傳動方式。在公路橋下輥道的1#和10#傳動輥南側(cè)進行減速機安裝基礎(chǔ)施工，將減速機通過彈性聯(lián)軸器分別與1#輥和10#輥連接，2#、3#、4#、5#輥通過鏈輪鏈條與1#輥相互串聯(lián)，6#、7#、8#、9#輥通過鏈輪鏈條與10#相互串聯(lián)，兩臺驅(qū)動裝置同時啟停。

圖4 改造后集中傳動安裝示意圖Fig.4 Installation instruction of integrated driving device after modification

公路橋下集中傳動部分計算:

(1)減速機計算過程。每組集中傳動是5根單輥串聯(lián)聯(lián)動，同時考慮過載沖擊系數(shù)1.2，因此電機功率P=7.5×5×1.2=45 kW，故選45 kW電機。

原單根輥減速機電機額定轉(zhuǎn)矩為1520 N·m，5臺聯(lián)動，新減速機輸出轉(zhuǎn)矩T=1520×5=7600 N·m;考慮鑄坯運動過程中對輥道有沖擊，沖擊系數(shù)按1.2考慮，Tmax=7600×1.2=9120 N·m。

根據(jù)原設(shè)計輥道傳動比為30.44，綜合考慮安裝場地限制等因素，根據(jù)樣本選用傳動比為31.5，額定輸出扭矩為9160 N·m，輸入與輸出成、電機與減速機直聯(lián)，電機功率為45 kW的標(biāo)準(zhǔn)減速電機作為集中傳動的驅(qū)動裝置。

(2)鏈傳動計算過程。原單根輥子減速電機輸出扭矩為1520 N·m，集中傳動后，同時考慮沖擊系數(shù)1.2，鏈條承受的最大扭矩T=1520×4×1.2=7296 N·m，初步選用32B雙排鏈，鏈輪齒數(shù)Z=25，查表鏈條節(jié)距P=50.8，鏈條最低破斷載荷Q=44996.4 N;鏈速v=(z1×p×n1)/(60×1000)=0.99 m/s，屬于低速傳動，按靜拉強度條件進行計算:

鏈輪分度圓直徑d=50.8/sin(180/25)=405 mm

鏈條最大拉力F=T/(d/2)=36029 N

鏈條安全系數(shù)S=Q/KA×F=8.3≥4～8。

鏈條安全工況系數(shù)，按表選1.5［1］。

(3)輥子軸端強度計算。集中傳動后，與減速電機相連的輥子軸傳遞的額定功率P=45 kW，輥子軸材質(zhì)選42CrMo，對只承受轉(zhuǎn)矩作用的軸，根據(jù)扭轉(zhuǎn)強度條件要求軸直徑

式中，A0是由軸的材料及承載情況確定的系數(shù)，A0=98。

考慮到鏈條拉力，輥子軸端部分最小直徑選取d=110 mm，經(jīng)校核輥子軸能夠滿足要求。

(4)集中傳動部分改造需要的主要零部件。①45 kW主減速電機2臺、安裝基礎(chǔ)2件;②新傳動輥裝配10件;③鏈輪18件、鏈條8根;④輥道支撐梁、導(dǎo)向板、軸承座利舊。

現(xiàn)場改造時，在設(shè)計位置制作主減速電機安裝基礎(chǔ)，拆除導(dǎo)向板、舊輥子裝配、減速電機，將線外重新裝配好的輥子裝配、減速電機安裝到相應(yīng)位置并調(diào)整后通過聯(lián)軸器連接可靠，同時恢復(fù)安裝導(dǎo)向板。

熱送輥道改造以后，電氣控制總體與原設(shè)計保持不變，仍按分組控制。但是需將公路橋下集中傳動部分并為一組并在此設(shè)鑄坯檢測裝置，同時將旋轉(zhuǎn)輥道與鑄坯檢測信號聯(lián)鎖，只要公路橋下有鑄坯，旋轉(zhuǎn)輥道就停止運坯，防止熱送輥道上鑄坯堆積。

4 改造實施效果

通過優(yōu)化改造，解決了熱送輥道驅(qū)動裝置及其安裝方式、輥子裝配等存在的缺陷，同時加強操作、維護，有效降低了熱送輥道的故障率，減少了備件消耗，保證了2#方坯連鑄機生產(chǎn)順利進行。2011年1～7月與2010年同期在故障時間、檢修時間、備件消耗對比數(shù)據(jù)見表1。

表1 改造前后熱送輥道運行情況對比表Tabel 1 Running conditions of hot transmitting roller way before and after modification

5 結(jié)束語

攀鋼2#方坯連鑄熱送輥道改造前，設(shè)備故障率非常高，備件消耗量大，嚴(yán)重影響鋼廠生產(chǎn)及物流順行。通過改造，徹底解決了電機、減速機、輥子等損壞頻繁的問題，故障時間和檢修時間均顯著降低，確保了2#方坯連鑄生產(chǎn)順行，提高了鋼廠物流通過能力，降低了檢修勞動強度，2#方坯熱送輥道優(yōu)化改造后取得了較大的經(jīng)濟效益。

［1］ 高澤遠(yuǎn)，姚玉泉，李林貴．機械設(shè)計(修訂版)［M］．沈陽:東北工學(xué)院出版社，1991．

［2］ 中國機械工程學(xué)會．中國機械設(shè)計大典(3卷)［M］．南昌:江西科學(xué)技術(shù)出版社，2002．