干熄焦齒輪齒條式橫移牽引裝置的研制開發(fā)

劉潔

（濟鋼集團國際工程技術有限公司，濟南 250101）

0 引言

干熄焦工藝是治理焦化廠煉焦污染的有效手段，作為一項節(jié)能減排和循環(huán)經(jīng)濟的重要技術，干熄焦工藝得到越來越多的推廣和應用。我公司積累多年的干熄焦經(jīng)驗，并適時開發(fā)了許多可靠、經(jīng)濟、實用的設備。本文主要介紹干熄焦橫移工藝中的齒輪齒條式牽引裝置。

1 牽引裝置結(jié)構(gòu)

牽引裝置用于將焦罐沿橫移軌道牽引，移送至提升機下。為滿足不同工藝需要，公司分別開發(fā)研制了齒條固定式和齒輪固定式牽引裝置。

1.1 齒條固定式牽引裝置

齒條固定式牽引裝置為雙掛鉤系統(tǒng)，可同時牽引兩個“帶輪焦罐”，實現(xiàn)高效橫移。齒條固定式牽引主要由掛鉤機構(gòu)、齒條機構(gòu)、走行小車、防傾翻裝置、小車軌道、手動牽引裝置組成（見圖1）。

1）掛鉤機構(gòu)。焊接件通過銷軸連接在走行小車上，掛鉤機構(gòu)的抬起和落下由安裝于走行小車上的電液推桿驅(qū)動。

2）走行小車。主要由車架、車輪裝配、電動驅(qū)動裝置等組成。車架為焊接件；車輪裝配通過螺栓連接于車架上；電動驅(qū)動裝置主要由電機、減速機、聯(lián)軸器、齒輪軸組成，電機驅(qū)動齒輪軸在齒條機構(gòu)上運動，從而帶動走行小車在小車軌道上運動。受限于走行小車的空間大小，每臺走行小車只包含一套電動驅(qū)動裝置。

3）防傾翻裝置。主要由保持架和滾輪組成，它與小車軌道底座配合，使走行小車在小車軌道上平穩(wěn)運行，防止傾覆。

4）手動牽引裝置。當電動驅(qū)動出現(xiàn)故障時，需要通過手動牽引裝置實現(xiàn)整個系統(tǒng)的正常運行。手動牽引裝置安裝在提升機附近的地面上，主要由搖把、行星減速機、卷筒裝配、鋼絲繩、壓輥裝配組成。

圖1 齒條固定式牽引裝置（主視圖）

1.2 齒輪固定式牽引裝置

此裝置為單掛鉤系統(tǒng)，每次牽引1 個焦罐，用于一般的干熄焦橫移工藝中。

主要由掛鉤機構(gòu)、擺動裝置、滑桿機構(gòu)、滑桿軌道、壓輥裝置、傳動裝置、滾輪支撐裝置組成（見圖2）。

圖2 齒輪固定式牽引裝置

1）掛鉤機構(gòu)。四桿機構(gòu)，由掛鉤、拉臂、旋轉(zhuǎn)框架、走行框架組成，掛鉤通過銷軸、走行框架通過螺栓連接在滑桿機構(gòu)上，旋轉(zhuǎn)框架在擺動裝置的驅(qū)動下實現(xiàn)掛鉤的升起和降落。

2）擺動裝置。主要由擺動軌道、搖桿、液壓缸、軸、支座組成，液壓缸伸縮帶動搖桿、擺動軌道在一定角度內(nèi)旋轉(zhuǎn)。

3）滑桿機構(gòu)。主要由齒條和齒條架組成，齒條通過螺栓連接在齒條架底部，通過傳動裝置的驅(qū)動實現(xiàn)掛鉤機構(gòu)和滑桿機構(gòu)在滑桿軌道上行走；靠滾輪支撐裝置實現(xiàn)對滑桿機構(gòu)的支撐。

4）傳動裝置。主要由齒輪軸、電機、減速器、制動器、離合器、底座等組成，每套傳動裝置包含兩種驅(qū)動裝置，一種為電動驅(qū)動（含變頻電機和減速機），另一種為手動驅(qū)動（含行星減速機）。當電動驅(qū)動出現(xiàn)故障，通過離合器切換到手動驅(qū)動，保證系統(tǒng)順利運行。

5）壓輥裝置。由壓輥和支架組成，壓輥通過支架固定于傳動裝置底座上，2 個壓輥要求間隔至少1m 以上，在滑桿運行過程中壓住滑桿，避免滑桿翹起。

2 牽引裝置技術特點

1）齒輪齒條式牽引裝置具有傳動平穩(wěn)、停車位置可靠的優(yōu)點。

2）本著經(jīng)濟、可靠的原則，牽引裝置正常驅(qū)動均采用電動，應急驅(qū)動均采用手動。

3）齒條固定式的牽引裝置投資最大，齒輪固定式的次之，卷揚驅(qū)動的投資最小。因此，齒條固定式的牽引裝置多應用于橫移距離較短、需要高效橫移（兩個焦罐同時橫移）的干熄焦工藝，卷揚驅(qū)動則多用于距離較遠、牽引重量較輕的橫移。

4）齒輪固定的牽引裝置，長齒條運動再加上橫移行程，需要較大的空間。當場地受限時，可將齒條架設計成鉸接的兩部分。當空間有限時，鉸接的后半段齒條架可跟隨一回轉(zhuǎn)臂移動，減少所占用的空間。

5）牽引速度由工藝需要決定，由變頻電機和接近開關聯(lián)合控制，一般為0～0.73 m/s。

3 電機選型

計算各種情況下所需驅(qū)動力矩的大小，從而確定驅(qū)動電機功率。

3.1 平穩(wěn)運行階段

焦罐容積大（每孔出焦量為17.8t 的焦爐，需要配容積約50m3的焦罐），必須考慮風壓阻力。運行過程中，承受的靜阻力主要為摩擦阻力、風壓阻力、軌道坡度阻力等。

1）計算摩擦阻力：

式中：Mm為摩擦阻力矩，N·m；G、Q為分別為橫移臺車、焦罐的重量，N；k為滾動摩擦因數(shù)；μ為車輪軸承摩擦因數(shù)；d為軸承內(nèi)徑，m；β為附加摩擦阻力系數(shù)，主要考慮車輪輪緣與軌道的摩擦、軌道的彎曲與不平行性、軌道不直以及運轉(zhuǎn)時車輪的擺動等因素。

代入數(shù)據(jù)，得到摩擦阻力矩。代入以下公式，可計算得到摩擦阻力：

式中：Dc為車輪直徑，m。

2）風壓阻力：

式中：Pf為由風壓產(chǎn)生的阻力，N；q為計算風壓，取98 N/m2；∑F為橫移臺車及焦罐的迎風面積，m2。

3）軌道坡度阻力：

式中，kp為軌道坡度阻力系數(shù)，當軌道水平安裝在鋼筋混凝土基礎上時，kp取0.001。

滿載運行時靜阻力矩：

因此，在平穩(wěn)運行時，電動機軸上須克服的靜阻力矩為：

式中：i為減速機減速比；η為系統(tǒng)總傳動效率。

3.2 起動階段

在起動加速時，電機除克服上述平穩(wěn)運行的靜阻力外，還必須克服運行機構(gòu)轉(zhuǎn)動質(zhì)量和移動質(zhì)量的慣性力。

使運行機構(gòu)轉(zhuǎn)動零件轉(zhuǎn)動加速時的動力矩為：

式中：J1、（GD2）1為第一根軸上零件的轉(zhuǎn)動慣量（kg·m2）與飛輪矩（N·m2）；ω1、n1為第一根軸上的角速度（rad/s）與轉(zhuǎn)速（r/min）；tq為起動時間，s；C為將第二、第三根軸上的零件的動力矩換算到第一根軸上所乘的系數(shù)。

（GD2）1的計算為：

（GD2）1＝（GD2）電機+（GD2）聯(lián)軸器＝4g（J1）電機+（J1）聯(lián)軸器］。

使帶載荷的橫移臺車、焦罐質(zhì)量水平移動加速時（換算到第一根軸上）的動力矩：

在起動時，電機要克服的總阻力矩為：

Mq=Mj+Md1+Md2。

取過載系數(shù)1.3，則計算的電機額定轉(zhuǎn)矩為：Mc=Mq/1.3。

計算電機額定功率：Pc=Mc·n1/9550

查樣本，從而確定電機型號、額定轉(zhuǎn)速和額定功率。

4 結(jié)語

以上介紹的干熄焦橫移牽引裝置具有經(jīng)濟、實用、可靠的特點，是我公司多年干熄焦工程設計和總承包技術的總結(jié)和創(chuàng)新，且已在各項干熄焦工程中得到應用，設備投產(chǎn)多年，用戶反映良好。