高爐主卷?yè)P(yáng)制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)輪與制動(dòng)盤的對(duì)比改造

徐長(zhǎng)玉

廣東泰都鋼鐵實(shí)業(yè)股份有限公司，中國(guó)·廣東 揭陽(yáng) 515561

1 主卷?yè)P(yáng)設(shè)備的構(gòu)造原理

筆者所在公司使用的是徐州華冶公司制造的上料設(shè)備，其核心卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)配置為傳統(tǒng)的電機(jī)加輪式制動(dòng)的齒式聯(lián)軸器與減速機(jī)高速軸連接，減速機(jī)輸出端通過齒式聯(lián)軸器連接卷筒的傳動(dòng)形式，制動(dòng)采用減速機(jī)高速軸雙側(cè)的輪式制動(dòng)形式，減速機(jī)采用三環(huán)結(jié)構(gòu)，上述配置在高爐上料系統(tǒng)中配備最多，中規(guī)中矩的配置避免了設(shè)備配置選型的風(fēng)險(xiǎn)，也最容易被大家接受。此配置設(shè)備規(guī)格型號(hào)如表1所示。

表1 原設(shè)備規(guī)格型號(hào)

2 主卷?yè)P(yáng)改造前存在問題

①此三環(huán)減速機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行本身振動(dòng)大，需定期更換保養(yǎng)，公司自身又沒有能力進(jìn)行保養(yǎng)和修復(fù)，只能返回專業(yè)廠家進(jìn)行處理，造成維修費(fèi)用高和周期長(zhǎng)。

②三環(huán)減速器內(nèi)部需要給曲軸軸承潤(rùn)滑，油位較高容易造成漏油，且減速器溫度較高。

③帶制動(dòng)輪聯(lián)軸器為半鋼半齒形式，電機(jī)與減速機(jī)間只有不到400mm的空間，再加上制動(dòng)輪占去了200mm的空間，造成聯(lián)軸器可利用的找正空間不足100mm（靠近減速機(jī)側(cè)），安裝百分表都困難，造成找正困難對(duì)中效果差，再加上整個(gè)高爐生產(chǎn)節(jié)奏限制，檢修時(shí)間一再壓縮，在2014年出現(xiàn)過由于振動(dòng)大且長(zhǎng)期運(yùn)行造成電機(jī)斷軸和減速機(jī)軸承破碎的事故。

④高速制動(dòng)輪聯(lián)軸器安裝在電機(jī)軸端，由于自身重量大，造成電機(jī)自然放置時(shí)后部?jī)蓚€(gè)地腳翹起，安裝過程中只能借助外力才能讓電機(jī)平穩(wěn)就位，由于外力的介入直接影響找正精度。

⑤此制動(dòng)輪聯(lián)軸器在找正過程中不能脫開，內(nèi)齒始終有受力，造成找正數(shù)據(jù)不真實(shí)，影響最終的找正精度，也是找正時(shí)間長(zhǎng)的影響因素。

⑥制動(dòng)輪直徑大（Φ710mm），每個(gè)制動(dòng)輪重量就達(dá)到了87.5kg，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大造成啟動(dòng)和停止困難，料車限位變化大，定位調(diào)整困難，容易造成料車沖頂和料放不凈的情況。

⑦由于減速機(jī)高速軸有兩個(gè)制動(dòng)輪，總重量達(dá)到175kg,造成電機(jī)啟動(dòng)力矩增大，停機(jī)值由于慣性作用增加了減速機(jī)高速軸及軸承的負(fù)荷，最終問題就是電機(jī)軸承、減速機(jī)高速軸和軸承受力大導(dǎo)致使用壽命變短[1]。

3 改造方案設(shè)計(jì)

3.1 改造方案原則

就是最大程度利用原有基礎(chǔ)和設(shè)備，通過關(guān)鍵點(diǎn)和設(shè)備的局部改造更換，消除整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的不利因素，達(dá)到調(diào)整維護(hù)方便，運(yùn)行故障率低的效果，通過與專業(yè)設(shè)備廠家溝通，確定減速機(jī)形式，通過比對(duì)計(jì)算選擇制動(dòng)器的規(guī)格型號(hào)，同時(shí)提高安全系數(shù)，這其中制動(dòng)輪聯(lián)軸器的改造最為麻煩，制作了兩套才最終成型。

四套制動(dòng)器提前線下制作兩套整體底座，檢修時(shí)拆除原有用螺栓固定的底座，安裝新底座，同樣利用4顆螺栓固定，然后安裝蝶式制動(dòng)器，調(diào)整同步。

輪式制動(dòng)聯(lián)軸器改為盤式制動(dòng)聯(lián)軸器，要達(dá)到安裝調(diào)整方便的目的，那么制動(dòng)盤能在找正調(diào)整時(shí)取下是最方便的，那么原來兩個(gè)半兩聯(lián)軸器中間只有5mm的間隙，現(xiàn)在就要達(dá)到30mm以上才能將制動(dòng)盤取出，為此電機(jī)整體后移32mm，將電機(jī)固定螺栓孔開成長(zhǎng)條形保證安裝尺寸，還有聯(lián)軸器外齒位置選擇，常規(guī)來說外齒都是靠近軸端，為了方便安裝百分表座，將外齒往里移，距離軸端尺寸達(dá)到80mm，同時(shí)加長(zhǎng)外齒套長(zhǎng)度，在找正外齒套充分后退留出安裝百分表座的位置[2]，如表2、圖1所示。

表2 改造后設(shè)備規(guī)格型號(hào)

圖1 改造后的制動(dòng)盤齒式聯(lián)軸器

3.2 改造后方案優(yōu)勢(shì)

①將設(shè)計(jì)院選用的擺環(huán)減速機(jī)取消，用硬齒面圓柱齒輪減速機(jī)代替，其優(yōu)點(diǎn)是：硬齒面圓柱齒輪減速機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)部只有6盤軸承，故障率低；由于自身結(jié)構(gòu)和現(xiàn)在材料以及加工精度的提高，減速機(jī)震動(dòng)和溫度都大幅下降，而使用壽命和傳動(dòng)效率卻有很大幅度的提高，從而保證了卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)的可靠性。

②將原有制動(dòng)輪改成制動(dòng)盤，制動(dòng)輪寬200mm，制動(dòng)盤只有30mm厚，兩個(gè)制動(dòng)盤向?qū)τ谥苿?dòng)輪重量減輕了175kg,整體安裝調(diào)整過程方便了。

③加大了聯(lián)軸器對(duì)中調(diào)整的空間，通過調(diào)整件外齒套的長(zhǎng)度和增加內(nèi)齒的模數(shù)使內(nèi)齒的位置由軸端面移至齒套的最后端，使得件外齒套能夠充分地后移，齒的后移使得軸端處有足夠的空間安裝對(duì)百分表座，這樣對(duì)中可操作空間大，大大縮短對(duì)中找正的時(shí)間，提高對(duì)中精度。

④制動(dòng)輪改為制動(dòng)盤后減少了制動(dòng)輪的重量，進(jìn)而轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小，啟動(dòng)和停車都變得平穩(wěn)，停車點(diǎn)也變的好調(diào)整不跑位；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小后對(duì)電機(jī)和減速機(jī)軸承的損傷也小了很多，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性有一定的幫助；由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的減少相應(yīng)的電機(jī)啟動(dòng)電流也減小，有一定數(shù)量的電量節(jié)省。

⑤輪式制動(dòng)器改為盤式制動(dòng)器，考慮到?jīng)]有現(xiàn)成的案例可參考，制動(dòng)器數(shù)量由原來的兩臺(tái)改為4臺(tái)，制動(dòng)力矩7310Nm，實(shí)際兩臺(tái)既能滿足使用，此方案增加了1倍的安全系數(shù)。

4 改造效益分析

4.1 改造投入

整個(gè)方案設(shè)計(jì)全部自行完成沒有設(shè)計(jì)費(fèi)用投入，制作和安裝也是自行完成，減速機(jī)輸出端聯(lián)軸器利舊，只有設(shè)備時(shí)外購(gòu)，減速機(jī)一臺(tái)20萬(wàn)元，制動(dòng)盤一個(gè)和帶制動(dòng)盤聯(lián)軸器一套合計(jì)3萬(wàn)元，盤式制動(dòng)器4臺(tái)3.2萬(wàn)元，總投入費(fèi)用約26.2萬(wàn)元。

4.2 檢修周期

原來檢修周期約20個(gè)月，主要是減速機(jī)高速軸軸承和電機(jī)軸承磨損破碎，由于設(shè)備空間問題，每次檢修都需要20h左右，最長(zhǎng)一次24h，2018年7月改造用時(shí)20h，底座等加工件都是提前制作檢修時(shí)整體更換，運(yùn)行至今已有3年多的時(shí)間，未出現(xiàn)過任何問題，2020年7月份有過一次對(duì)中精度調(diào)整，用時(shí)6h，電機(jī)振動(dòng)值由改造前的5mm/s左右下降到2.5mm/s左右，改造后對(duì)中精度大幅提高，對(duì)中調(diào)整時(shí)間大幅縮減。如果按照對(duì)生產(chǎn)的影響計(jì)算，檢修一次的時(shí)間由20h縮短至6h，由此帶來的產(chǎn)量增加，一次產(chǎn)生的效益就遠(yuǎn)超過投入[3]。

4.3 節(jié)能創(chuàng)效效果

原擺環(huán)減速器效率≈0.90，改造后減速器效率≈0.96，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=1/2mr2，由制動(dòng)輪改為制動(dòng)盤，質(zhì)量減輕了150kg,那么轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也相應(yīng)減少了150kg·m2，每天正常生產(chǎn)上料200車，每年按照350天生產(chǎn)計(jì)算，由轉(zhuǎn)動(dòng)能公式EK=0.5×轉(zhuǎn)動(dòng)慣量×角速度的平方可得，兩者年產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)能差EK差=0.5×150×（2π×720/60）2×200×350/3600000=8282kW·h，即每年節(jié)省的電量為8282kW·h。

此卷?yè)P(yáng)機(jī)上礦石時(shí)高速工作減速器輸出功率約為P=200kW，上焦炭時(shí)高速工作減速器輸出功率約為P=60kW，電機(jī)轉(zhuǎn)速按720r/min計(jì)算（電機(jī)最高工作頻率48Hz）。

因減速器效率產(chǎn)生的能耗差：

上礦石：原方案減速器輸入功率為P入=P/0.9=200/0.9=222kW；改造后方案減速器輸入功率P入=P/0.96=200/0.96=208kW；功率差P差=14kW，按每天工作6h，每天節(jié)約電能84kW·h。

上焦炭：原方案減速器輸入功率為P入=P/0.9=60/0.9≈67kW；改造后方案減速器輸入功率P入=P/0.96=60/0.96=62.5kW；功率差P差=4.5kW，按每天工作6h，每天節(jié)約電能27kW·h。每年節(jié)約電能=（84+27）×350=38850kW·h。

節(jié)能創(chuàng)效效果對(duì)比如表3所示。

表3 節(jié)能創(chuàng)效效果對(duì)比

上述兩部分年節(jié)省電量8282+38850=47132 kW·h，電價(jià)按照0.6元計(jì)算，年創(chuàng)效47132×0.6≈2.8萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

在生產(chǎn)過程中作為配套設(shè)計(jì)供貨，不存在設(shè)備不匹配的問題，但是隨著技術(shù)的進(jìn)步，新技術(shù)新設(shè)備更新速度變快，原來不能實(shí)現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)困難的事變得容易。那么這就需要作為技術(shù)人員的我們多學(xué)習(xí)這些新技術(shù)，多了解這些新設(shè)備，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，投入最少的成本，局部改造或更換一些關(guān)鍵點(diǎn)的設(shè)備，使得設(shè)備運(yùn)行更平穩(wěn)或者檢修維護(hù)更方面，再者就是有著明顯的節(jié)能效果，總之在不影響整個(gè)生產(chǎn)工藝和節(jié)奏的前提下，利用最低的投入或最短的時(shí)間能使整條生產(chǎn)線更順暢更高效地運(yùn)行，由點(diǎn)及面地將原有設(shè)備改造升級(jí)，為企業(yè)創(chuàng)造更大的直接或間接的效益。