回轉(zhuǎn)式移蓋機的設(shè)計與應(yīng)用

邵 琳，惠 展，趙 博，劉桂中

(中鋼集團西安重機有限公司，陜西 西安 710201)

0 前言

高爐在出鐵期間散發(fā)的煙塵是鋼鐵廠的主要污染源之一。其中高爐出鐵口的產(chǎn)塵量約占出鐵場總污染物的30%，是高爐出鐵場的主要產(chǎn)生塵源，因此，出鐵口煙塵的有效捕集直接關(guān)系到整個高爐除塵的效果。根據(jù)目前國內(nèi)投產(chǎn)的幾座高爐出鐵場的除塵風(fēng)量分析，主溝蓋與移蓋機技術(shù)是一種經(jīng)濟有效的除塵手段。在高爐渣鐵溝上設(shè)溝蓋板是控制出鐵場煙塵、減少污染、改善操作條件的基礎(chǔ)，主鐵溝的第一段溝蓋在開、堵鐵口時需要移開，以讓出泥炮、開鐵口機工作所需位置，操縱這段溝蓋的移蓋機是爐前主要設(shè)備之一。

本文針對寶鋼2號高爐大修，結(jié)合爐前布置和使用要求設(shè)計了一種回轉(zhuǎn)式揭蓋機。

1 設(shè)備布置與構(gòu)成

1.1 設(shè)備布置

爐前泥炮、開口機及移蓋機是風(fēng)口平臺出鐵廠系統(tǒng)的主要設(shè)備，其布置和控制要求采用全平坦化出鐵場。兩個出鐵場各設(shè)2個鐵口，兩鐵口間夾角40°。每個鐵口設(shè)置一套新型大推力液壓泥炮、全液壓開鐵口機和液壓移蓋機。泥炮、開鐵口機同側(cè)布置，移蓋機布置在另一側(cè)，在泥炮和開口機對面，落地布置在出鐵場平臺上。

爐前泥炮、開口機、移蓋機設(shè)備在出鐵場平臺的布置位置和移蓋機設(shè)備運行要求：泥炮和開口機布置在出鐵場外側(cè)，移蓋機布置在出鐵場內(nèi)側(cè)，風(fēng)口平臺與出鐵場平臺高度差2 850 mm，B蓋高度800 mm。根據(jù)爐前設(shè)備平面布置和B蓋高度綜合考慮，同一出鐵場兩臺移蓋機設(shè)備須左右背對布置在兩主溝之間，運行中主溝蓋提升高度在回轉(zhuǎn)過程中與B蓋最高處留有足夠的運行安全距離，且移蓋機設(shè)備全動作軌跡范圍(運行最高點與風(fēng)口平臺下沿)有足夠的安全運行空間。同時考慮兩個鐵口主溝蓋在待機位的放置空間以及檢修操作狀態(tài)的設(shè)置。綜合以上因素，中鋼集團西安重機有限公司為寶鋼2號高爐項目的設(shè)計了一種回轉(zhuǎn)式移蓋機。

1.2 設(shè)備構(gòu)成

該移蓋機提升動作采用油缸直推結(jié)構(gòu)形式，回轉(zhuǎn)動作通過液壓馬達驅(qū)動內(nèi)齒形回轉(zhuǎn)支承實現(xiàn)設(shè)備平面旋轉(zhuǎn)動作。該設(shè)備主要由機械本體、液壓管路及輔助系統(tǒng)組成。其中機械本體包括：提升裝置、回轉(zhuǎn)裝置、底座裝置和基礎(chǔ)件。移蓋機整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 移蓋機結(jié)構(gòu)

(1)提升裝置。主要由提升鉤、提升臂和提升油缸組成，提升臂末端與回轉(zhuǎn)支座采用軸連接，作為固定支點，通過提升油缸驅(qū)動提升臂繞該固定支點轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)提升臂前端的起落動作。

(2)回轉(zhuǎn)裝置。主要由回轉(zhuǎn)支座和液壓馬達組件組成，與底座裝置通過滾珠軸承連接，實現(xiàn)設(shè)備的回轉(zhuǎn)動作。

(3)底座裝置。主要由底座、滾珠軸承和緩沖裝置組成，與基礎(chǔ)件采用螺栓連接。

(4)基礎(chǔ)件。預(yù)埋式基礎(chǔ)框架和地腳螺栓組件，采用此種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計，在提高設(shè)備在安裝定位精度的同時也能提高設(shè)備安裝基礎(chǔ)找正操作效率。

(5)液壓管路。采用旋轉(zhuǎn)接頭進行回轉(zhuǎn)體液壓管路連接，簡化管路布置結(jié)構(gòu)的同時增加運行可靠性。

(6)輔助系統(tǒng)。輔助系統(tǒng)主要包含角度測量裝置和潤滑系統(tǒng)。角度測量裝置主要用于實時反饋設(shè)備所處的回轉(zhuǎn)角度狀態(tài)，以便與生產(chǎn)實時監(jiān)測和執(zhí)行遙控操作。

2 設(shè)備特性

2.1 設(shè)備主要參數(shù)

根據(jù)爐前整體布置需求，設(shè)定設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)

2.2 工作流程

(1)送蓋流程。提升臂上升(6～8 s)-提升到位-設(shè)備回轉(zhuǎn)(15～25 s，145°)-回轉(zhuǎn)工作位角度-提升臂下降(6～8 s)-溝蓋落至工作位-系統(tǒng)停止。

(2)取蓋流程。提升臂上升(6～8 s)-提升到位-設(shè)備回轉(zhuǎn)(15～25 s，145°)-回轉(zhuǎn)到待機位角度-提升臂下降(6～8 s)-溝蓋落至待機位-系統(tǒng)停止。

3 回轉(zhuǎn)式移蓋機的創(chuàng)新設(shè)計

3.1 提升結(jié)構(gòu)設(shè)計

提升裝置通過提升油缸直接推動提升臂，使提升臂繞后固定支點轉(zhuǎn)動，以實現(xiàn)前端提升鉤對溝蓋的提升動作。采用此種提升結(jié)構(gòu)形式，可以更好的滿足在2 850 mm凈空高度的前提下，實現(xiàn)提升高度≥900 mm。

在提升裝置中，提升臂的設(shè)計采用了箱型結(jié)構(gòu)，如圖2所示，主要由兩側(cè)板、上部頂板、下部底板和尾部筒體組成整體承載結(jié)構(gòu)，同時提升臂后端與回轉(zhuǎn)支座鉸接支點采用貫通筒體結(jié)構(gòu)形式，增強鉸接點連接后的穩(wěn)定性。該結(jié)構(gòu)的特點是整體承載增強，封閉性好，在滿足剛性要求的同時保證腔體內(nèi)部機械加工操作空間，便于加工操作。

圖2 提升臂

提升臂和提升油缸之間采用耳板結(jié)構(gòu)，連接中設(shè)置環(huán)套結(jié)構(gòu)，通過配合要求以保證該連接點的徑向承載要求和軸向方向的定位和壓緊。

提升臂與回轉(zhuǎn)支座之間設(shè)置有檢修安全定位銷，當(dāng)進行檢修或者提升油缸更換操作時，使用安全定位銷，以防止設(shè)備提升臂的非預(yù)期動作，確保操作安全性。

3.2 回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計

回轉(zhuǎn)支座與固定底座通過內(nèi)齒型回轉(zhuǎn)支承連接。在回轉(zhuǎn)支座上安裝有液壓馬達驅(qū)動裝置，用液壓馬達驅(qū)動裝置驅(qū)動安裝在其輸出軸上的小齒輪旋轉(zhuǎn)，通過旋轉(zhuǎn)的小齒輪與內(nèi)齒型回轉(zhuǎn)支承的嚙合，使回轉(zhuǎn)支承內(nèi)外圈產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，以完成回轉(zhuǎn)支座平面旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)動作。

回轉(zhuǎn)支座的設(shè)計采用了雙側(cè)腔型承載結(jié)構(gòu)如圖3所示。底板采用拼接式結(jié)構(gòu)，主要承載位置采用厚鋼板，前端底板相對減薄焊接支承筋板。回轉(zhuǎn)支座(與提升臂連接處)雙側(cè)立板采用焊接腔型結(jié)構(gòu)。組裝結(jié)構(gòu)中，回轉(zhuǎn)支座與提升臂固定支點的連接采用長軸連接結(jié)構(gòu)，如圖4所示，關(guān)節(jié)軸承安裝在提升臂兩端，端面安裝壓蓋固定外圈。提升臂和回轉(zhuǎn)支座通過連接軸連接，連接軸為階梯軸，兩端關(guān)節(jié)軸承采用一端固定一端游動形式。

圖3 回轉(zhuǎn)支座

圖4 提升臂與回轉(zhuǎn)支座連接

使用此種連接形式，結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)整操作方便，可以更好的保證提升機構(gòu)中固定支點的連接精度和提升運動的穩(wěn)定性。

回轉(zhuǎn)裝置與底座裝置之間設(shè)置有檢修位安全機械鎖，在進行移蓋機設(shè)備安裝或是進行設(shè)備檢修時，將設(shè)備鎖定在檢修位，確保操作安全性。

3.3 雙馬達獨立驅(qū)動設(shè)計

移蓋機的回轉(zhuǎn)裝置采用液壓馬達驅(qū)動形式。在本次設(shè)計中，液壓馬達驅(qū)動裝置采用雙馬達驅(qū)動結(jié)構(gòu)，如圖5所示，為了保證雙馬達驅(qū)動的同步性和設(shè)備運行的穩(wěn)定性，在馬達驅(qū)動裝置與回轉(zhuǎn)支座的安裝連接處設(shè)置調(diào)整裝置，以控制設(shè)備在回轉(zhuǎn)過程中兩個馬達的同步和承載問題。同時驅(qū)動裝置的設(shè)計也要求具備單馬達驅(qū)動設(shè)備運行的能力，以確保在一個馬達運行正常的情況下可以完成設(shè)備的回轉(zhuǎn)動作。

圖5 回轉(zhuǎn)裝置

固定底座上設(shè)置有液壓和機械限位裝置，能有效地減緩設(shè)備回轉(zhuǎn)過程對待機位和工作位停機時的慣性沖擊。

3.4 液壓管路和角度測量裝置

液壓管路設(shè)置旋轉(zhuǎn)接頭，采用芯軸固定，殼體旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，管路進油設(shè)置在芯軸上，與內(nèi)部執(zhí)行件連接油口設(shè)置在殼體上。旋轉(zhuǎn)接頭安裝在固定底座的回轉(zhuǎn)中心位置，管路進油口鋼管通過固定底座上設(shè)置的出口接至設(shè)備外，旋轉(zhuǎn)接頭出油口與液壓馬達之間通過硬管連接，與提升油缸之間采用耐高溫高壓膠管連接。

該移蓋機配置角度測量裝置，以便實時監(jiān)測設(shè)備的運行位置和工作回轉(zhuǎn)角度。角度測量裝置采用在回轉(zhuǎn)中心位置配置絕對值編碼器以直接測量設(shè)備運行的角度值，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)角度的精準(zhǔn)測量。在編碼器的設(shè)計中，為了解決編碼器安裝位置問題，同時便于編碼器的安裝拆卸和檢修更換，對角度測量裝置的編碼器安裝結(jié)構(gòu)進行了特殊的安裝和拆卸結(jié)構(gòu)設(shè)計。

4 結(jié)束語

(1)該回轉(zhuǎn)式移蓋機整體結(jié)構(gòu)緊湊、驅(qū)動機構(gòu)簡單、桿件設(shè)置合理、構(gòu)件強度高。設(shè)備在高溫、多粉塵及渣鐵噴濺的環(huán)境下能長期穩(wěn)定工作；

(2)該移蓋機采用全液壓驅(qū)動，整體運行平穩(wěn)。提升機構(gòu)為油缸直推式，結(jié)構(gòu)簡單，使用和維護方便?；剞D(zhuǎn)動作通過液壓馬達驅(qū)動內(nèi)齒回轉(zhuǎn)支承實現(xiàn)設(shè)備旋轉(zhuǎn)動作，傳動精準(zhǔn)性高，且回轉(zhuǎn)基礎(chǔ)穩(wěn)固，工作可靠性高。

(3)該移蓋機在待機和工作位置均設(shè)有緩沖裝置，最大限度的減小設(shè)備運動中因慣性作用對設(shè)備本體的沖擊；在機械結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)中設(shè)置了多重保護裝置，運行可靠。

(4)該移蓋機在提升裝置與回轉(zhuǎn)裝置之間、回轉(zhuǎn)裝置與底座裝置之間設(shè)置有安全定位銷，以防止設(shè)備檢修狀態(tài)中的非預(yù)期動作，操作安全性好。

目前，該移蓋機已應(yīng)用于寶鋼2#高爐改造工程，至今工作可靠，運行狀態(tài)良好。