王行山

（天津天鋼機(jī)電設(shè)備安裝有限公司，天津300301）

1 引言

2010年天鋼機(jī)電工程安裝有限公司為天鋼聯(lián)合鋼鐵有限公司制作了3臺(tái)100 t轉(zhuǎn)爐氧槍升降橫移裝置。筆者作為主要技術(shù)負(fù)責(zé)人全程參與了3臺(tái)設(shè)備的制作、安裝和調(diào)試工作。在過程中發(fā)現(xiàn)該設(shè)備卷揚(yáng)系統(tǒng)裝配部分在裝配形式上存在一些設(shè)計(jì)缺陷，不方便現(xiàn)場檢修更換備件，可能會(huì)因檢修時(shí)間過長而影響到正常生產(chǎn)，有必要進(jìn)行改進(jìn)。因此，筆者根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)并參照類似設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式提出該轉(zhuǎn)爐氧槍升降橫移裝置卷揚(yáng)系統(tǒng)改進(jìn)方法，并從結(jié)構(gòu)形式、零部件設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了論證和校核驗(yàn)算，證明本方法的合理性和可行性。

2 轉(zhuǎn)爐氧槍升降橫移裝置設(shè)備性能簡介

轉(zhuǎn)爐氧槍升降橫移裝置是轉(zhuǎn)爐煉鋼必備的重要設(shè)備之一，其主要功能是完成吹氧氧槍的升降和橫移功能。該設(shè)備要求運(yùn)行平穩(wěn)、動(dòng)作靈活可靠，同時(shí)要求設(shè)備安全性能良好，適應(yīng)高溫、高粉塵的工作環(huán)境。更重要的是方便維修和備件更換，適應(yīng)轉(zhuǎn)爐煉鋼的快節(jié)奏生產(chǎn)。

轉(zhuǎn)爐氧槍升降橫移裝置主要由左右橫移臺(tái)車、左右升降小車、左右橫移導(dǎo)軌、固定主軌道、鎖緊定位裝置、氧槍提升指示裝置和全套操作控制系統(tǒng)組成。設(shè)計(jì)總重量約55 t。主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)和機(jī)械性能見表1、表2。

3 現(xiàn)轉(zhuǎn)爐氧槍升降橫移裝置卷揚(yáng)系統(tǒng)裝配關(guān)系分析

3.1 現(xiàn)轉(zhuǎn)爐氧槍升降橫移裝置卷揚(yáng)系統(tǒng)裝配形式

卷揚(yáng)系統(tǒng)主要由電機(jī)、減速機(jī)、滾筒、事故電機(jī)組成，見圖1。事故電機(jī)能在主電機(jī)失控的情況下能將氧槍從爐中提出，防止惡性事故發(fā)生。

如圖1所示，電機(jī)與減速機(jī)輸入端采用聯(lián)軸器連接，便于安裝和拆卸。減速機(jī)輸出端與滾筒連接盤采用軸孔連接、滾筒連接盤與卷筒采用軸孔連接，均為有配合的、不便于經(jīng)常拆卸的連接方式。

3.2 減速機(jī)輸出軸與滾筒連接盤及卷筒連接盤與卷筒的裝配關(guān)系分析

表1 主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

表2 升降裝置機(jī)械性能表

3.2.1 卷筒連接盤與卷筒的裝配關(guān)系分析

見圖 2、圖 3。

由圖2所示，卷筒連接盤與卷筒的裝配尺寸為Φ565 H7/r6。

即卷筒內(nèi)徑尺寸Φ565，

公差帶H7上偏差ES=+0.07，下偏差EI=-0.00；

連接盤外圓尺寸Φ565，

公差帶r6上偏差ES=+0.199，下偏差EI=+0.155。

根據(jù)公式，最小過盈量：

最大過盈量：

屬于典型的過盈配合，需要在一定的外壓力下才能完成安裝的配合。

3.2.2 卷筒連接盤與卷筒的裝配關(guān)系分析

由圖2所示，減速機(jī)軸與卷筒連接盤的裝配尺寸Φ180 H7/m6，

即減速機(jī)軸外徑尺寸Φ180,

公差帶H7上偏差ES=+0.040，下偏差EI=-0；卷筒連接盤內(nèi)孔Φ180,

公差帶m6上偏差ES=+0.040,下偏差EI=+0.015。

根據(jù)公式最小過盈量：

最大過盈量：

在制造實(shí)踐中此種配合尺寸多數(shù)會(huì)形成小過盈配合，因此也需要在一定的外壓力下才能完成安裝的配合。

3.2.3 制造過程中減速機(jī)與卷筒的裝配工藝順序

（1）卷筒連接盤與卷筒用壓力機(jī)壓入。

圖1 卷揚(yáng)系統(tǒng)裝配平面示意圖

圖2 減速機(jī)輸出軸與滾筒連接盤及卷筒連接盤與卷筒裝配圖

圖3 減速機(jī)輪齒裝配實(shí)物圖

（2）卷筒連接盤與卷筒配鉆Φ25孔8個(gè)進(jìn)行軸向固定。

（3）減速機(jī)打蓋、取出低速軸連同齒輪、軸承、擋蓋等。

（4）減速機(jī)低速軸壓入卷筒連接盤。

（5）將減速機(jī)低速軸連同卷筒整體回裝減速機(jī)。（6）減速機(jī)回裝上蓋。

3.2.4 分析結(jié)果

（1）此種連接方式安裝工藝復(fù)雜，需要一定的附屬設(shè)備和較好的工作環(huán)境，不適于在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行拆裝。一旦生產(chǎn)中減速機(jī)或卷筒及相關(guān)的零部件發(fā)生損壞不能及時(shí)更換，勢(shì)必影響生產(chǎn)。

（2）此種聯(lián)接方式要求減速機(jī)中心線與卷筒中心必須保證較高的同軸度，對(duì)安裝精度要求較高，如安裝時(shí)未能達(dá)到精度要求，將會(huì)對(duì)減速機(jī)、軸承和齒輪產(chǎn)生不平衡外力，將影響或降低減速機(jī)使用壽命。

4 建議改進(jìn)方案

4.1 概述

根據(jù)以往的制作經(jīng)驗(yàn)，借鑒天車減速機(jī)與卷筒的連接方式，建議該設(shè)備卷揚(yáng)系統(tǒng)、減速機(jī)與卷筒的連接方式改為內(nèi)外齒連接形式，即減速機(jī)輸出軸為外齒，卷筒連接盤為內(nèi)齒，為了補(bǔ)償安裝中出現(xiàn)的軸線偏移并采用鼓形齒形式。

主要優(yōu)點(diǎn)有：

（1）拆裝方便、操作簡單，適合于在現(xiàn)場拆裝，能大大縮短檢修時(shí)間，保證正常生產(chǎn)。

（2）采用了鼓形齒形式，可補(bǔ)償裝配中出現(xiàn)的微量軸向位移和徑向位移，減少了不平衡外力從而提高減速機(jī)使用壽命。

4.2 齒形連接的選型和強(qiáng)度校核驗(yàn)算

4.2.1 根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩選取連接齒形的規(guī)格

根據(jù):

式中:Tc為聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，N·m；K1為傳動(dòng)重要程度系數(shù)，取K1=1.2；K2為聯(lián)軸器工作條件系數(shù)，取K2=1.4；T為聯(lián)軸器長期承受的理論轉(zhuǎn)矩，N·m；[T]為聯(lián)軸器的允許轉(zhuǎn)矩，N·m。

（1）計(jì)算轉(zhuǎn)矩聯(lián)軸器長期承受的理論轉(zhuǎn)矩T。

根據(jù)：

式中：電機(jī)輸出功率 110 kW；n4為減速機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速；n1=980 rpm，i=25.6。

ηb為一對(duì)滾動(dòng)軸承的效率，值為0.995，

ηg為一對(duì)齒輪傳動(dòng)的效率，值為0.975，

（2）計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tc。

（3）根據(jù) JR/T8854.2-2007，選擇 GICLZ13型鼓形齒式聯(lián)軸器作為參考齒形[4-6]。

GICLZ13型鼓形齒式聯(lián)軸器主要技術(shù)參數(shù)：公稱轉(zhuǎn)矩：112000 N·m；許用轉(zhuǎn)速：2300 r/min；分度圓直徑：360 mm。

（4）根據(jù)卷筒連接盤結(jié)構(gòu)尺寸初步選取齒形連接的基本參數(shù)為：模數(shù)m=6；齒數(shù)z=60；齒寬b=40；分度圓直徑d=360 mm；材質(zhì)：45#鍛鋼；熱處理:調(diào)質(zhì)HB=280-310；齒輪加工精度等級(jí)：7級(jí)。

4.2.2 強(qiáng)度校核驗(yàn)算

（1）齒面壓力校核驗(yàn)算。根據(jù)：

式中：[Ρ]為齒面許用壓力，低速（15 m/s）[Ρ]=12～15 N/mm2。

（2）齒面接觸應(yīng)力校核驗(yàn)算。

根據(jù)：

式中：[σH]為齒面允許壓力。

（3）齒面剪應(yīng)力校核驗(yàn)算。

根據(jù)：

式中：[τ]為齒數(shù)材料的許用剪力，[τ]=280 N/mm2。

5 結(jié)論

通過以上數(shù)據(jù)分析并結(jié)合現(xiàn)用氧槍升降橫移裝置卷揚(yáng)系統(tǒng)設(shè)備零部件的尺寸關(guān)系，在不增大卷筒外形尺寸的前提下，對(duì)卷筒連接盤和減速機(jī)輸出軸進(jìn)行改造就可以實(shí)施本方案。采用此方案后方便了現(xiàn)場更換卷筒或減速機(jī)，可以大大縮短設(shè)備檢修和備件更換時(shí)間。

[1]王廣濤．公差配合與技術(shù)測量[M].北京：中國鐵道出版社，1982.

[2]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

[3]董慶華.機(jī)械零件[M].北京：中國農(nóng)業(yè)機(jī)械機(jī)械出版社，1981.[4]上海工業(yè)大學(xué).機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1978.

[5]黃錫愷.機(jī)械原理[M].北京：人民教育出版社，1965.

[6]史美堂.金屬材料及熱處理[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1980.