转炉氧枪升降横移装置卷扬系统改进方法探讨

王行山

（天津天钢机电设备安装有限公司，天津300301）

1 引言

2010年天钢机电工程安装有限公司为天钢联合钢铁有限公司制作了3台100 t转炉氧枪升降横移装置。笔者作为主要技术负责人全程参与了3台设备的制作、安装和调试工作。在过程中发现该设备卷扬系统装配部分在装配形式上存在一些设计缺陷，不方便现场检修更换备件，可能会因检修时间过长而影响到正常生产，有必要进行改进。因此，笔者根据个人经验并参照类似设备的结构形式提出该转炉氧枪升降横移装置卷扬系统改进方法，并从结构形式、零部件设计等方面进行了论证和校核验算，证明本方法的合理性和可行性。

2 转炉氧枪升降横移装置设备性能简介

转炉氧枪升降横移装置是转炉炼钢必备的重要设备之一，其主要功能是完成吹氧氧枪的升降和横移功能。该设备要求运行平稳、动作灵活可靠，同时要求设备安全性能良好，适应高温、高粉尘的工作环境。更重要的是方便维修和备件更换，适应转炉炼钢的快节奏生产。

转炉氧枪升降横移装置主要由左右横移台车、左右升降小车、左右横移导轨、固定主轨道、锁紧定位装置、氧枪提升指示装置和全套操作控制系统组成。设计总重量约55 t。主要设备技术参数和机械性能见表1、表2。

3 现转炉氧枪升降横移装置卷扬系统装配关系分析

3.1 现转炉氧枪升降横移装置卷扬系统装配形式

卷扬系统主要由电机、减速机、滚筒、事故电机组成，见图1。事故电机能在主电机失控的情况下能将氧枪从炉中提出，防止恶性事故发生。

如图1所示，电机与减速机输入端采用联轴器连接，便于安装和拆卸。减速机输出端与滚筒连接盘采用轴孔连接、滚筒连接盘与卷筒采用轴孔连接，均为有配合的、不便于经常拆卸的连接方式。

3.2 减速机输出轴与滚筒连接盘及卷筒连接盘与卷筒的装配关系分析

表1 主要设备技术参数

表2 升降装置机械性能表

3.2.1 卷筒连接盘与卷筒的装配关系分析

见图 2、图 3。

由图2所示，卷筒连接盘与卷筒的装配尺寸为Φ565 H7/r6。

即卷筒内径尺寸Φ565，

公差带H7上偏差ES=+0.07，下偏差EI=-0.00；

连接盘外圆尺寸Φ565，

公差带r6上偏差ES=+0.199，下偏差EI=+0.155。

根据公式，最小过盈量：

最大过盈量：

属于典型的过盈配合，需要在一定的外压力下才能完成安装的配合。

3.2.2 卷筒连接盘与卷筒的装配关系分析

由图2所示，减速机轴与卷筒连接盘的装配尺寸Φ180 H7/m6，

即减速机轴外径尺寸Φ180,

公差带H7上偏差ES=+0.040，下偏差EI=-0；卷筒连接盘内孔Φ180,

公差带m6上偏差ES=+0.040,下偏差EI=+0.015。

根据公式最小过盈量：

最大过盈量：

在制造实践中此种配合尺寸多数会形成小过盈配合，因此也需要在一定的外压力下才能完成安装的配合。

3.2.3 制造过程中减速机与卷筒的装配工艺顺序

（1）卷筒连接盘与卷筒用压力机压入。

图1 卷扬系统装配平面示意图

图2 减速机输出轴与滚筒连接盘及卷筒连接盘与卷筒装配图

图3 减速机轮齿装配实物图

（2）卷筒连接盘与卷筒配钻Φ25孔8个进行轴向固定。

（3）减速机打盖、取出低速轴连同齿轮、轴承、挡盖等。

（4）减速机低速轴压入卷筒连接盘。

（5）将减速机低速轴连同卷筒整体回装减速机。（6）减速机回装上盖。

3.2.4 分析结果

（1）此种连接方式安装工艺复杂，需要一定的附属设备和较好的工作环境，不适于在生产现场进行拆装。一旦生产中减速机或卷筒及相关的零部件发生损坏不能及时更换，势必影响生产。

（2）此种联接方式要求减速机中心线与卷筒中心必须保证较高的同轴度，对安装精度要求较高，如安装时未能达到精度要求，将会对减速机、轴承和齿轮产生不平衡外力，将影响或降低减速机使用寿命。

4 建议改进方案

4.1 概述

根据以往的制作经验，借鉴天车减速机与卷筒的连接方式，建议该设备卷扬系统、减速机与卷筒的连接方式改为内外齿连接形式，即减速机输出轴为外齿，卷筒连接盘为内齿，为了补偿安装中出现的轴线偏移并采用鼓形齿形式。

主要优点有：

（1）拆装方便、操作简单，适合于在现场拆装，能大大缩短检修时间，保证正常生产。

（2）采用了鼓形齿形式，可补偿装配中出现的微量轴向位移和径向位移，减少了不平衡外力从而提高减速机使用寿命。

4.2 齿形连接的选型和强度校核验算

4.2.1 根据计算转矩选取连接齿形的规格

根据:

式中:Tc为联轴器的计算转矩，N·m；K1为传动重要程度系数，取K1=1.2；K2为联轴器工作条件系数，取K2=1.4；T为联轴器长期承受的理论转矩，N·m；[T]为联轴器的允许转矩，N·m。

（1）计算转矩联轴器长期承受的理论转矩T。

根据：

式中：电机输出功率 110 kW；n4为减速机输出轴转速；n1=980 rpm，i=25.6。

ηb为一对滚动轴承的效率，值为0.995，

ηg为一对齿轮传动的效率，值为0.975，

（2）计算转矩 Tc。

（3）根据 JR/T8854.2-2007，选择 GICLZ13型鼓形齿式联轴器作为参考齿形[4-6]。

GICLZ13型鼓形齿式联轴器主要技术参数：公称转矩：112000 N·m；许用转速：2300 r/min；分度圆直径：360 mm。

（4）根据卷筒连接盘结构尺寸初步选取齿形连接的基本参数为：模数m=6；齿数z=60；齿宽b=40；分度圆直径d=360 mm；材质：45#锻钢；热处理:调质HB=280-310；齿轮加工精度等级：7级。

4.2.2 强度校核验算

（1）齿面压力校核验算。根据：

式中：[Ρ]为齿面许用压力，低速（15 m/s）[Ρ]=12～15 N/mm2。

（2）齿面接触应力校核验算。

根据：

式中：[σH]为齿面允许压力。

（3）齿面剪应力校核验算。

根据：

式中：[τ]为齿数材料的许用剪力，[τ]=280 N/mm2。

5 结论

通过以上数据分析并结合现用氧枪升降横移装置卷扬系统设备零部件的尺寸关系，在不增大卷筒外形尺寸的前提下，对卷筒连接盘和减速机输出轴进行改造就可以实施本方案。采用此方案后方便了现场更换卷筒或减速机，可以大大缩短设备检修和备件更换时间。

[1]王广涛．公差配合与技术测量[M].北京：中国铁道出版社，1982.

[2]机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，1991.

[3]董庆华.机械零件[M].北京：中国农业机械机械出版社，1981.[4]上海工业大学.机械设计基础[M].上海：上海科学技术出版社，1978.

[5]黄锡恺.机械原理[M].北京：人民教育出版社，1965.

[6]史美堂.金属材料及热处理[M].上海：上海科学技术出版社，1980.