橋式雙斗輪混勻取料機(jī)振動(dòng)超標(biāo)改造

樊增彬

（山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司煉鐵廠，山東日照 276805）

0 引言

山鋼集團(tuán)日照有限公司設(shè)計(jì)年產(chǎn)鐵810 萬(wàn)噸、鋼850 萬(wàn)噸、鋼材790 萬(wàn)噸，主要工藝有原料場(chǎng)、燒結(jié)、球團(tuán)、高爐、轉(zhuǎn)爐及軋鋼設(shè)備等。原料場(chǎng)工程中混勻料場(chǎng)采用兩跨兩堆式的方法，兩跨有效儲(chǔ)料面積4.32 萬(wàn)平方米，儲(chǔ)料能力2×26.7 萬(wàn)噸；混勻料場(chǎng)主要設(shè)備有：混勻堆料機(jī)1 臺(tái)，堆料能力2500 t/h；單梁式雙斗輪混勻取料機(jī)2 臺(tái)。混勻設(shè)施的主要工藝是將燒結(jié)所需的全部含鐵原料和部分輔料先進(jìn)行定量配料，然后在混勻料場(chǎng)進(jìn)行平鋪直取，制成混勻料，供給燒結(jié)使用。在混勻料場(chǎng)布置的兩臺(tái)QLKH2000·38 型混勻取料機(jī)，額定生產(chǎn)能力2000 t/h，跨距38 m，分別位于混勻料棚南北兩跨，兩臺(tái)設(shè)備采用一開(kāi)一停的模式交替生產(chǎn)，依據(jù)不同的生產(chǎn)工藝情況安排使用，一般情況下倒用周期約7～8 s。

1 改造前的現(xiàn)狀

山鋼集團(tuán)日照有限公司選用的QLKH2000·38 型混勻取料機(jī)適用于大中型鋼鐵企業(yè)、有色金屬冶金企業(yè)的散裝物料儲(chǔ)料場(chǎng)，是一種高效率的連續(xù)混勻取料的裝卸設(shè)備，該機(jī)與混勻堆料機(jī)配合使用，完成混勻堆取料?；靹蛉×蠙C(jī)的斗輪裝置依靠支承滾輪組支承于小車架上，共兩個(gè)斗輪分別支承于兩個(gè)小車架上，斗輪裝置由斗輪體、料斗、漏斗、圓弧擋料板、支承輥輪組、傳動(dòng)裝置組成，傳動(dòng)裝置由電機(jī)、減速機(jī)和鋼球偶合器組成，依靠鏈條裝置實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，其主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 QLKH2000·38 型混勻取料機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

由于混勻取料機(jī)自身結(jié)構(gòu)及設(shè)備安裝、后期運(yùn)行維護(hù)等綜合因素，導(dǎo)致混勻取料機(jī)使用1 年后斗輪內(nèi)側(cè)輥道磨損量不一致，出現(xiàn)波浪型變形（圖1）。

圖1 混勻取料機(jī)投產(chǎn)1 年后狀態(tài)

其他主要參數(shù)也發(fā)生明顯惡化，主要表現(xiàn)有以下兩個(gè)方面。

（1）混勻取料機(jī)輥道磨損嚴(yán)重、波浪形變形嚴(yán)重。經(jīng)測(cè)量，1#斗輪取料機(jī)最大不均勻磨損量為7 mm；2#混勻取料機(jī)最大不均勻磨損量為12 mm。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)引起整車劇烈振動(dòng)（大梁水平振動(dòng)位移最大可達(dá)1680 m）。

（2）支承輥采用整體結(jié)構(gòu)形式容易在底座處造成積料，積料又隨支撐輪旋轉(zhuǎn)帶至斗輪體軌道處形成研磨，因?yàn)槎份嗈D(zhuǎn)速為5.93 r/min（其他鋼鐵廠轉(zhuǎn)速一般為4.8～5.3 r/min），斗輪內(nèi)側(cè)輥道處線速度1.71 m/s，運(yùn)行過(guò)程中沖擊及物料研磨造成斗輪輪體內(nèi)側(cè)輥道磨損明顯，最大磨損量達(dá)10 mm；原設(shè)計(jì)輥道厚度較薄為24～26 mm。

2 振動(dòng)原因分析

斗輪運(yùn)行引發(fā)整車振動(dòng)超標(biāo)，造成機(jī)械電氣故障頻發(fā)，已嚴(yán)重制約生產(chǎn)組織，必須對(duì)振動(dòng)超標(biāo)原因予以分析并制定消除隱患措施，經(jīng)綜合現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員及相關(guān)制造廠專家意見(jiàn)，認(rèn)為振動(dòng)超標(biāo)的主要原因有3 個(gè)。

（1）斗輪內(nèi)側(cè)滾道波浪變形是造成振動(dòng)的重要原因：首先是斗輪內(nèi)側(cè)滾道熱處理工藝差，處理后硬度不均勻，金屬分子晶粒大小分布不一致，致使在使用過(guò)程中磨損量不一致；其次檢修維護(hù)作業(yè)更換支撐輥未按標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整支撐輥水平度及支撐輥與滾道間隙，造成斗輪運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中內(nèi)側(cè)滾道周期性在支承輥表面滑動(dòng)和沖擊，加劇內(nèi)側(cè)滾道的不均勻磨損、失圓。

（2）斗輪轉(zhuǎn)速偏快。該混勻取料機(jī)斗輪驅(qū)動(dòng)采用鏈條驅(qū)動(dòng)。斗輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)Y280S-4 額定轉(zhuǎn)速1460 r/min，減速機(jī)型號(hào)H2H08B，傳動(dòng)比22.4；驅(qū)動(dòng)鏈輪齒數(shù)17；斗輪鏈輪齒數(shù)187。計(jì)算可得斗輪轉(zhuǎn)速5.93 r/min，大于一般鋼廠該類型取料機(jī)斗輪轉(zhuǎn)速5 r/min。斗輪轉(zhuǎn)速快，內(nèi)側(cè)輥道線速度1.71 m/s，與上側(cè)支承輥沖擊能量大，是造成振動(dòng)超標(biāo)的另一主要原因。

（3）斗輪上支承輥與斗輪內(nèi)側(cè)滾道匹配性差。上支承輥?zhàn)畲笸鈴?50 mm，聚氨酯厚度30 mm；與斗輪內(nèi)側(cè)輥道匹配性差，滾道受力面積小，局部壓力大，加劇斗輪輥道磨損，且因上支承輥外圈聚氨酯厚度只有30 mm，緩沖能力差，是斗輪振動(dòng)超標(biāo)的另一原因。

由于以上因素造成設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生沖擊、振動(dòng)，這些沖擊和過(guò)大的振動(dòng)對(duì)主要零部件，如斗輪體、鏈輪、上支承輥、下支承輥，斗輪側(cè)擋輥、小車側(cè)輪以及小車行走輪、電氣元器件等的使用壽命有較大影響，特別是電氣元器件因振動(dòng)超標(biāo)造成線路接觸不良、打火甚至變頻器背板開(kāi)裂等，大大降低其使用壽命。振動(dòng)對(duì)輪體滾道面及各輥輪支承面磨損、小車框架結(jié)構(gòu)及橋架梁的引起變形等，還易產(chǎn)生振動(dòng)源，形成惡性循環(huán)。

3 改造方案

針對(duì)以上原因，綜合現(xiàn)場(chǎng)使用維護(hù)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，決定對(duì)混勻取料機(jī)實(shí)施以下3 項(xiàng)改進(jìn)。

（1）改進(jìn)斗輪內(nèi)側(cè)滾道耐磨性及支撐剛度。斗輪內(nèi)側(cè)滾道材料由低合金16Mn 提升耐磨性好且力學(xué)性能不低于GB/T 11352—2009《一般工程用鑄造碳鋼件》中35SiMn 的材料，厚度由25 mm 提升至40 mm 并在內(nèi)側(cè)表面均勻淬火，硬度50～58 HRC，淬火深度10～12 mm。同時(shí)增加斗輪輪體支撐剛度，避免斗輪內(nèi)側(cè)滾道在使用過(guò)程中因支撐剛度不足變形。輪體為分體式板框焊接結(jié)構(gòu)（分成兩段），合體后對(duì)輪體滾道面（內(nèi)圓及兩外側(cè)端面）整體加工成形，保證其滾道內(nèi)圓的圓度、兩滾道內(nèi)圓的同軸度及兩端面對(duì)滾道內(nèi)圓的跳動(dòng)要求。

（2）降低斗輪轉(zhuǎn)速。減速機(jī)型號(hào)保持不變，傳動(dòng)比由22.4 增加至28，斗輪轉(zhuǎn)速相應(yīng)由5.93 r/min 降低至5 r/min。斗輪轉(zhuǎn)速降低，為保障取料能力符合生產(chǎn)需求及原設(shè)計(jì)要求，取料斗適應(yīng)性改造斗容由0.36 m3增加至0.45 m3。

（3）優(yōu)化上支承輥匹配性。上支承輥采用通軸結(jié)構(gòu)型式，軸承座與支承輥分離，兩支承輥體在軸承座中間，輥體為鋼芯外包聚氨酯結(jié)構(gòu)，每個(gè)軸承座內(nèi)安裝有兩個(gè)重型調(diào)心軸承。軸承座本體采用分體式，由軸承蓋和軸承底座構(gòu)成，便于安裝、使用及調(diào)整：輥體圓滾徑為450 mm，輥體聚氨酯外徑560 mm，其寬度為350 mm，聚氨酯的抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于6100 kN/m2，邵氏硬度為80～85 HS，輥體滾圓的跳動(dòng)公差小于0.2 mm，并保證上支承輥與輪體的匹配性（圖2）。另外，增加上支承輥輪外圈聚氨酯層厚度至55 mm，這提高了上支承輥的緩沖性能，減少斗輪輪體振動(dòng)；并在軸承座與支承座之間設(shè)中間墊板結(jié)構(gòu)，墊板即可作為聚氨酯支承輥磨損后調(diào)整用，又可作為方便維修及更換聚氨酯支承輥用；為延長(zhǎng)上支承輥軸承的使用壽命，將軸承座外移，軸徑加大。改造后的支撐形式同時(shí)可以減少斗輪內(nèi)側(cè)輥道和支承輪磨損。

圖2 改造后的混勻取料機(jī)布置

4 改造效果

2019 年11 月完成2#混勻取料機(jī)改造工作，2020 年5 月完成1 號(hào)混勻取料機(jī)改造工作，混勻取料機(jī)斗輪改造全部完成。

（1）斗輪體通過(guò)改造后，輪體的強(qiáng)度及剛度得到大大提高，輪體的變形量減小，且由于兩半圓輪體合體后一次性加工成形，保證了滾道內(nèi)圓的圓度及兩側(cè)滾道圓的同心度以及兩側(cè)滾道面的平行度。滾道內(nèi)圓及端面滾道面的熱處理硬度及淬火層深度的加大，滾道面更加耐磨。通過(guò)安裝調(diào)整好斗輪兩側(cè)的斗輪側(cè)擋輪和輪體間的裝配間隙、保證所有鏈輪中心面的共面度，控制斗輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的擺動(dòng)量，減小輪體側(cè)面與側(cè)擋輪的沖擊力度和頻率。

（2）通過(guò)對(duì)斗輪轉(zhuǎn)速的相應(yīng)調(diào)整，降低了斗輪的轉(zhuǎn)速，回轉(zhuǎn)頻率減低了約16%，卸料更加順暢，返料現(xiàn)象改善，也減少了斗子挖掘物料時(shí)被沖擊的次數(shù)，保證輪體機(jī)構(gòu)起動(dòng)、運(yùn)行的平穩(wěn)性，延長(zhǎng)輪體的使用壽命。

（3）通過(guò)改造上支承輥組的結(jié)構(gòu)形式，運(yùn)行時(shí)聚氨酯層能吸收大量的沖擊能量，使振動(dòng)和噪聲大大減小。另外，借本次改造安裝，嚴(yán)格按照?qǐng)D中技術(shù)要求的安裝、調(diào)整。調(diào)整上支承輥水平度誤差≤1 mm/m，兩支承輥平行度誤差≤1 mm/m，兩側(cè)輥?zhàn)又行拿嬖谕黄矫鎯?nèi)誤差≤2 mm；其他各支承輥、側(cè)擋輥對(duì)輥道面的間隙≤3 mm；調(diào)整兩側(cè)水平鋼輪與側(cè)軌道頂面的間隙≤3 mm，并保證橋架大梁兩側(cè)的側(cè)水平鋼輪滾動(dòng)面與側(cè)軌間的間隙應(yīng)小于小車行走輪踏面與水平行走軌道側(cè)面的間隙，就能防止小車行走時(shí)小車行走車輪踏面和滾道易產(chǎn)生沖擊，造成啃軌和磨損，同時(shí)也會(huì)減小因沖擊帶來(lái)的振動(dòng)和噪聲。調(diào)整鏈條與鏈輪及輪體大鏈輪同面度誤差≤2 mm，防止鏈條打滑或爬鏈引起振動(dòng)。

改造后的實(shí)際運(yùn)行振動(dòng)位移對(duì)比見(jiàn)表2，穩(wěn)定的水平位移也保證了輪體機(jī)構(gòu)起動(dòng)、運(yùn)行的平穩(wěn)性，延長(zhǎng)混勻取料機(jī)的整體使用壽命（圖3）。

圖3 改造前后水平位移對(duì)比

表2 改造前后主梁水平位移對(duì)比 μm

通過(guò)一系列的改造，目前設(shè)備整體運(yùn)行平穩(wěn)，主梁振動(dòng)幅值穩(wěn)定在100 μm 左右，取料能力達(dá)到原設(shè)計(jì)2000 t/h，最大取料能力可達(dá)2200 t/h，滿足生產(chǎn)需求。本次改造效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。