朱云飛

(中冶北方工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116000)

0 引言

隨著我國(guó)煉鐵技術(shù)的發(fā)展，高爐大型化已成為趨勢(shì)，高爐大型化后其對(duì)高爐爐料的合理配比以及爐料質(zhì)量要求更高，高質(zhì)量的酸性球團(tuán)礦是高爐提高爐料質(zhì)量的關(guān)鍵因素，因此需求劇增，從而應(yīng)運(yùn)而生一批大型的球團(tuán)廠。大型球團(tuán)廠的生產(chǎn)工藝主要有兩種，一種是以鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯-環(huán)冷機(jī)為主要設(shè)備的生產(chǎn)工藝，另一種是以帶式焙燒機(jī)為主要設(shè)備的生產(chǎn)工藝，但因帶式焙燒機(jī)對(duì)燃料要求很高且價(jià)貴，所以目前國(guó)內(nèi)絕大部分球團(tuán)廠采用的是“鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯-環(huán)冷機(jī)”的球團(tuán)生產(chǎn)工藝。而“鏈箅機(jī)-回轉(zhuǎn)窯-環(huán)冷機(jī)”球團(tuán)生產(chǎn)線的生球布料絕大多數(shù)都是采用“擺動(dòng)膠帶機(jī)-寬膠帶機(jī)-輥式布料器”的布料系統(tǒng)。

球團(tuán)礦生產(chǎn)作業(yè)中的生球布料工序是主要工序，生球布料作業(yè)均勻與否，對(duì)整個(gè)球團(tuán)的產(chǎn)量和質(zhì)量都有很大的影響。其主要體現(xiàn)在兩點(diǎn)：1)球團(tuán)礦在高溫焙燒之前要對(duì)生球進(jìn)行干燥和預(yù)熱，若生球布料不均勻，會(huì)使得使鏈箅機(jī)箅床上料層薄的這部分生球由于溫升過(guò)快，造成水分過(guò)快蒸發(fā)而發(fā)生生球爆裂。料層厚的那部分生球又會(huì)由于溫度過(guò)低而沒(méi)有燒透，而變成廢品。2)球團(tuán)礦在鏈箅機(jī)中焙燒爐的過(guò)程中，如果生球布料不均勻，還會(huì)使鏈箅機(jī)箅床因局部受熱不均而產(chǎn)生變形，嚴(yán)重情況會(huì)使箅床報(bào)廢，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

基于以上兩點(diǎn)，生球布料的均勻性十分重要，而對(duì)生球布料均勻性起關(guān)鍵作用的設(shè)備即擺動(dòng)膠帶機(jī)。影響擺動(dòng)膠帶機(jī)布料的因素是多方面的，有設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，有現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)節(jié)方面的，有現(xiàn)場(chǎng)操作方面的等多方面因素，針對(duì)擺動(dòng)膠帶機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的核心部分回轉(zhuǎn)裝置及連接桿的設(shè)計(jì)加以分析，并對(duì)其計(jì)算進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。

1 擺動(dòng)膠帶機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 生球的布料系統(tǒng)

球團(tuán)生產(chǎn)工藝就是將各種貧鐵礦經(jīng)過(guò)選別后獲得的細(xì)磨精礦制成適合高爐煉鋼煉鐵用的造塊爐料，球團(tuán)礦的生產(chǎn)流程則是由數(shù)個(gè)連續(xù)進(jìn)行的工序所組成，布料系統(tǒng)是其中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，也是決定成球質(zhì)量好壞的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其工作系統(tǒng)圖，見(jiàn)圖1。

圖1 球團(tuán)布料系統(tǒng)圖

由圖1可知，造好的生球通過(guò)膠帶機(jī)的運(yùn)輸給擺動(dòng)膠帶進(jìn)行供料，擺動(dòng)膠帶又通過(guò)一前進(jìn)二擺動(dòng)的兩個(gè)動(dòng)作將生球均勻的布到寬膠帶上，寬膠帶再將生球傳送給輥式篩分機(jī)進(jìn)行篩分，篩除不合格的生球，最后將合格的生球均勻的布料在鏈箅機(jī)上，然后通過(guò)鏈箅機(jī)的循環(huán)熱風(fēng)系統(tǒng)對(duì)生球進(jìn)行干燥和預(yù)熱。

1.2 擺動(dòng)膠帶的結(jié)構(gòu)

擺動(dòng)膠帶結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，擺動(dòng)膠帶機(jī)主要包括膠帶機(jī)、支承裝置、回轉(zhuǎn)裝置、連接桿、軌道等部分。

圖2 擺動(dòng)膠帶結(jié)構(gòu)

1.3 擺動(dòng)膠帶的工作原理

擺動(dòng)膠帶的膠帶機(jī)部分是采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)滾筒的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)膠帶向前運(yùn)行完成生球的輸送，而整個(gè)膠帶機(jī)的支撐是由支承裝置和軌道構(gòu)成的一套支承系統(tǒng)來(lái)完成，回轉(zhuǎn)裝置是使實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)來(lái)回?cái)[動(dòng)的裝置，其通過(guò)連接桿與膠帶機(jī)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)的方式是：回轉(zhuǎn)裝置中的回轉(zhuǎn)圓盤(pán)會(huì)根據(jù)需要以一定速度旋轉(zhuǎn)，通過(guò)連接桿帶動(dòng)膠帶機(jī)以支承裝置為定點(diǎn)來(lái)回?cái)[動(dòng)。擺動(dòng)膠帶機(jī)通過(guò)這幾個(gè)部分的連鎖工作，從而實(shí)現(xiàn)了將生球均勻的布料到寬膠帶上。

2 擺動(dòng)膠帶機(jī)結(jié)構(gòu)確定

2.1 回轉(zhuǎn)裝置關(guān)鍵因素

擺動(dòng)膠帶機(jī)結(jié)構(gòu)的核心就是回轉(zhuǎn)裝置，回轉(zhuǎn)裝置的關(guān)鍵因素就是回轉(zhuǎn)圓盤(pán)的中心位置及其直徑的大小，這兩個(gè)關(guān)鍵件因素的確定直接關(guān)系整個(gè)擺動(dòng)膠帶機(jī)的工作效率及其布料效果和布料的均勻性的問(wèn)題。下面就這兩個(gè)關(guān)鍵因素的確立做詳盡的闡述。

根據(jù)擺動(dòng)膠帶機(jī)工作原理及其結(jié)構(gòu)圖(見(jiàn)圖2)，可看到膠帶機(jī)、支承裝置、回轉(zhuǎn)圓盤(pán)和連接桿形成了一個(gè)典型的四連桿機(jī)構(gòu)，而回轉(zhuǎn)圓盤(pán)又相當(dāng)于一個(gè)曲柄，他又是四連桿機(jī)構(gòu)中典型的曲柄連桿機(jī)構(gòu)。要想使曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定，就要克服該結(jié)構(gòu)的兩大問(wèn)題即急回和死角問(wèn)題，回轉(zhuǎn)圓盤(pán)中心位置及回轉(zhuǎn)直徑的確定正是基于克服此兩種問(wèn)題的精準(zhǔn)計(jì)算得來(lái)的。

2.2 回轉(zhuǎn)圓盤(pán)中心位置的確定

根據(jù)四連桿機(jī)構(gòu)原理，設(shè)定極位夾角θ為任意值，見(jiàn)圖3，任取一點(diǎn)D，作等腰三角形C1DC2,令∠C1DC2=ψ,ψ為膠帶機(jī)擺動(dòng)角度(已知)[1]。

圖3 回轉(zhuǎn)圓盤(pán)中心的確定原理圖

C1D=C2D=已知長(zhǎng)度(支承裝置中心點(diǎn)與連接桿和膠帶機(jī)車(chē)體連接點(diǎn)的距離)。

作C2P⊥C1C2,并使∠C2C1P=90°-θ,得P點(diǎn)，作直角三角形C1PC2的外接圓，那么該圓上任意一點(diǎn)與C1C2連線夾角都等于θ。就是說(shuō)四連桿機(jī)構(gòu)中曲柄的軸心在該外接圓上，即圓盤(pán)中心在該圓上任意一點(diǎn)即可。

為了使擺動(dòng)膠帶機(jī)能均勻布料，那么必須使得膠帶機(jī)往復(fù)擺動(dòng)的速度相等，即不能產(chǎn)生急回作用。而曲柄連桿機(jī)構(gòu)有無(wú)急回作用取決于極位夾角θ是否存在，只要機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有極位夾角θ，那么機(jī)構(gòu)就有急回作用，無(wú)極位夾角θ(θ=0)，就無(wú)急回作用。

由圖3可知，當(dāng)θ=0時(shí)，三角形△C1PC2外接圓就變成了過(guò)點(diǎn)C1、C2的直線，這樣曲柄的軸心必在C1C2連線的延長(zhǎng)線上，即將回轉(zhuǎn)圓盤(pán)的中心設(shè)在C1C2的延長(zhǎng)線上即可克服急回的問(wèn)題。

那么曲柄的軸心即圓盤(pán)的中心的具體位置，要根據(jù)實(shí)際使用的膠帶機(jī)在往復(fù)擺動(dòng)的過(guò)程中回轉(zhuǎn)圓盤(pán)與膠帶機(jī)車(chē)體之間有足夠的空間這一原則來(lái)確定。

設(shè)回轉(zhuǎn)圓盤(pán)與膠帶機(jī)車(chē)體之間的合適距離設(shè)為L(zhǎng)，見(jiàn)圖4。

圖4 回轉(zhuǎn)圓盤(pán)直徑的確定原理圖

2.3 回轉(zhuǎn)圓盤(pán)直徑的確定

在圖4中，設(shè)曲柄長(zhǎng)度(即回轉(zhuǎn)圓盤(pán)的半徑)為r,連桿長(zhǎng)度為b(即CB長(zhǎng)度),圖3中P點(diǎn)為圖4中A點(diǎn)，則C1P=b-r,C2P=b+r,得出C2P-C1P=2r,即r=(C2P-C1P)/2。

當(dāng)極位夾角θ=0時(shí)，由圖3可知，C1P-C2P=C1C2,顯然,C1C2/2，即曲柄長(zhǎng)度r為C1C2連線長(zhǎng)度的一半，也就是說(shuō)回轉(zhuǎn)圓盤(pán)的直徑等于C1C2的長(zhǎng)度。

3 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的確定

上面就擺動(dòng)膠帶機(jī)的所有討論，都是按照四連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄連桿機(jī)構(gòu)來(lái)考慮的，那么擺動(dòng)膠帶這個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)一定要是曲柄連桿機(jī)構(gòu)原因就是，根據(jù)機(jī)械原理的闡述，如果四連桿機(jī)構(gòu)沒(méi)有曲柄，那么就意味著該四連桿機(jī)構(gòu)會(huì)有“死點(diǎn)”，即連桿與曲柄共線時(shí)的情況，所以要想擺動(dòng)膠帶克服死點(diǎn)問(wèn)題，就必須要有曲柄，而有曲柄的條件是：1)曲柄連桿機(jī)構(gòu)中必有一個(gè)桿為最短桿；2)最短桿與最長(zhǎng)桿長(zhǎng)度之和小于其他兩桿長(zhǎng)度之和[1]。

下面就具體的實(shí)例來(lái)做一下計(jì)算以驗(yàn)算一下曲柄是否存在，見(jiàn)圖5。

圖5 計(jì)算圖

在某工程中，設(shè)膠帶機(jī)的支撐點(diǎn)為D，兩個(gè)極限位置點(diǎn)為C1和C2，膠帶機(jī)中心線與C1C2連線的交點(diǎn)為D1，膠帶機(jī)中心線與C1C2擺動(dòng)弧線的交點(diǎn)為C。

已知回轉(zhuǎn)圓盤(pán)與膠帶機(jī)車(chē)體之間的距離L=1 900 mm，膠帶機(jī)擺動(dòng)長(zhǎng)度R=1 300 mm，膠帶機(jī)的擺動(dòng)角度ψ=24°。

則DD1=Rcos12°=1 300 cos12°=1 272 mm,

C1C2=2 Rsin12°=2×1 300 sin12°=540 mm。

由L=1 900 mm和C1C2的延長(zhǎng)線交點(diǎn)確定回轉(zhuǎn)圓盤(pán)中心點(diǎn)A，而圓盤(pán)中心半徑r=C1C2/2=270 mm。

現(xiàn)以A點(diǎn)為圓心，r=270 mm畫(huà)圓；再以C點(diǎn)為圓心，半徑為1 900 mm畫(huà)?。唤辉趓=270 mm的圓上為B點(diǎn)，連接AB，則連接桿的長(zhǎng)度BC=1 900 mm。

連接AD，則AD=(DD12+L2)=(1 2722+1 9002)=2 286 mm。即r=AB=270 mm，DC=R=1 300 mm。

于是在擺動(dòng)膠帶的四連桿機(jī)構(gòu)ABCD中：AB

所以擺動(dòng)膠帶機(jī)的這個(gè)四連桿機(jī)構(gòu)滿足了有曲柄的兩個(gè)基本條件，即該膠帶機(jī)的回轉(zhuǎn)圓盤(pán)位置確定準(zhǔn)確，可起到曲柄的作用，即該設(shè)計(jì)克服了死點(diǎn)的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)擺動(dòng)膠帶機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，其回轉(zhuǎn)圓盤(pán)中心點(diǎn)的位置、回轉(zhuǎn)圓盤(pán)直徑的確定、以及連接桿等相關(guān)尺寸的計(jì)算等進(jìn)行了詳細(xì)的理論論述和實(shí)際的計(jì)算，主要目的是為了解決由膠帶機(jī)、支承裝置、回轉(zhuǎn)圓盤(pán)和連接桿所形成的四連桿機(jī)構(gòu)中的“急回”和“死點(diǎn)”的問(wèn)題?，F(xiàn)已將該理論及計(jì)算應(yīng)用于多個(gè)工程的實(shí)際的設(shè)計(jì)中，不僅解決了球團(tuán)工程尤其是大型球團(tuán)工程的生球均勻布料的問(wèn)題，提高了球團(tuán)出球的質(zhì)量，同時(shí)也提高了球團(tuán)生產(chǎn)的產(chǎn)量，并帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，也使得該理論得到了很好的實(shí)踐檢驗(yàn)。

從理論計(jì)算方面論述擺動(dòng)膠帶機(jī)的回轉(zhuǎn)圓盤(pán)和連接桿確定方法，以此來(lái)規(guī)避擺動(dòng)膠帶機(jī)的“急回”和“死角”這兩問(wèn)題，以改善擺動(dòng)膠帶機(jī)布料的效率及均勻性。而在實(shí)際生產(chǎn)中還會(huì)從多個(gè)方面對(duì)擺動(dòng)膠帶機(jī)進(jìn)行完善，例如安裝的精準(zhǔn)度，變頻器的選用及人工操作，還有對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化等多個(gè)手段來(lái)完善擺動(dòng)膠帶機(jī)的布料性能，使生球布料盡可能的均勻。