焦罐車旋轉機構的改進

宮文龍

（太原重工股份有限公司 技術中心，山西 太原 030024）

0 引言

太原重工股份有限公司作為國內焦化設備生產基地之一，近年來在干熄焦焦罐車的自主開發上取得了長足的進步，具備了具有自主知識產權的焦罐車系列產品的設計及制造能力。目前，7m焦爐是國內煉焦行業大型化頂裝焦爐的主力爐型，2012年8月，太原重工股份有限公司采用最新技術研制出了國內首臺7m焦罐車，其生產運行穩定，并得到用戶的青睞。

1 焦罐車及其旋轉機構的工作原理

焦罐車往返運行在焦爐焦側的熄焦車軌道上，用焦罐接焦（焦爐內的熱焦）后，由電機車運送到干熄焦塔下，由提升機將焦罐提走。在接焦環節，依靠圓形焦罐旋轉運動使焦罐內的焦炭均勻分布，避免了焦炭偏載，同時實現了動態接焦。焦罐車旋轉機構的功能是用來完成旋轉接焦，其工作原理是通過減速機將旋轉電機的驅動力矩傳遞到撥桿，在撥桿帶動下，驅動旋轉轉盤繞其中心轉動。在接焦的過程中，焦罐總重量及接焦時落焦的沖擊力全部作用在回轉裝置的轉盤上，所以，轉盤既是一個運動部件，又是一個承力部件。在旋轉轉盤下方設有環形軌道，轉盤部分通過圓形軌道支撐在排列成一圈的多個輥輪上，而輥輪固定在平臺上。由于回轉過程中轉盤會產生離心運動，可能會導致焦罐傾覆，發生事故。為有效避免焦罐傾覆的可能性，我們對傳統焦罐車旋轉機構的傳動形式進行了改進。

2 傳統焦罐車旋轉機構

傳統焦罐車旋轉機構的傳動形式為直聯驅動式傳動系統，如圖1所示。旋轉機構由單臺制動電機驅動，電機力矩通過萬向聯軸器傳遞給直角錐減速器輸入軸，在制動電機的另一端裝有制動器。減速器為三級齒輪傳動，第一、二級均為斜齒輪嚙合，第三級為一對傘齒輪嚙合。減速器輸出軸與撥桿固定在一起，另一端固定在轉盤上，從而帶動轉盤旋轉。

圖1 傳統焦罐車旋轉機構傳動形式

從圖1可以看出，整個回轉機構布置在轉盤的正下方，而轉盤上放熾熱的焦罐，高溫輻射嚴重降低了制動電機、減速機的使用壽命。盡管現場都設有防護罩，還是不可避免造成損害。傳動機構置于車架中間，轉盤正下方，空間較小，各零部件的安裝調整和維護非常不方便。其存在的隱患有如下幾點：

（1）轉盤在回轉過程中產生離心運動，轉盤的傾翻力矩全部作用在減速機的輸出軸上，對輸出軸徑向載荷要求高，往往有殼體裂開的現象。

（2）制動電機受功率大小的限制，超過一定的功率需單獨增設制動器，傳動機構的長度相應加長，對電機和減速機的同軸度要求高。

（3）平面布置比較集中，且在轉盤下方，空間小，關鍵傳動件的安裝調整和維護非常不便。

3 改進后的焦罐車新旋轉機構

改進后的焦罐車新旋轉機構傳動形式為外置懸掛式傳動系統，如圖2所示。旋轉機構由單臺電機驅動，動力通過梅花彈性聯軸器、制動器傳遞給換向器輸入軸，換向器輸出軸通過萬向聯軸器傳遞給行星減速器輸入軸，減速器輸出軸與撥桿固定在一起，另一端固定在轉盤上，從而帶動轉盤旋轉。為防止轉盤傾翻，在行星減速器的周圍裝有固定導軌，用于轉盤下側導向輥的導向。

圖2 改進后的焦罐車新旋轉機構傳動形式

從圖2可以看出，整個旋轉機構布置比較合理，空間較大，各零部件的安裝調整和維護較為方便。行星減速機布置在轉盤正下方，且置于車架內，既避免了高溫熱輻射，又有利于整機的穩定性。

4 新傳動形式旋轉機構的結構特點

4.1 單電機外置懸掛結構

焦罐車旋轉機構的傳動部分采用外置懸掛結構，借單級減速機進行換向，使旋轉機構呈“L”型布置。傳動部分固定在車架的側面，電機的力矩通過換向器、萬向聯軸器傳到回轉減速輸入軸上，安裝、維護方便可靠。

相對傳統機構的減速機，行星減速機具有體積小、重量輕、承載能力高、使用壽命長、運轉平穩、噪聲低等特點?；剞D機構采用行星減速機后，安裝在車架中間（轉盤下方），其優點如下：①傳動件的轉動慣量有所降低，機構的穩定性顯著提高；②在輸出額定轉速不變的情況下，因行星減速比大，電機的級數降低，功率相應減??；③旋轉轉盤下設有側導向輥，行星減速機的外側設固定導軌，在轉動過程中，旋轉轉盤上的側輥與固定導軌嚙合，從而徹底克服了轉盤傾翻的可能性；④減速機外設有獨立的油泵，通過改變潤滑油，將工作溫度可以控制在－25℃～100℃。

4.2 盤式制動器和梅花彈性聯軸器

新焦罐車旋轉機構制動器采用先進的盤式制動器，安裝在電機和換向器之間，體積小、安裝維護簡單方便，使用時無須調整。配套聯軸器設計為梅花形彈性盤式聯軸器，安裝精度要求較低，裝配簡單，且有緩沖作用。彈性圈材料為聚氨脂，壽命長、噪聲低。

4.3 支撐輥輪的選擇

理論上，輥輪的形狀分為圓柱形和圓錐形。圓柱形輥輪，由于內、外端回轉半徑不同，滾動起來有速度差，使輥輪與軌道之間發生滑動，增大運行阻力，加快了輥輪的磨損。錐形輥子則不同，設計時滾輪的錐度可以保證無滑動，減小滾輪的磨損，運行阻力小。但是，其輥道也要做成錐形，且錐形輥輪會使輥子產生軸向分力，必須采用雙邊錐形輥子結構來限制旋轉離心力，使機械運轉更加平穩可靠，減少環軌表面的磨損。考慮到焦罐轉盤回轉速度不高，環形軌道直徑很大，所以相對滑動速度小，仍可采用圓柱滾輪。

針對圓柱輥子磨損過快和易更換的特點，本設計改輥子圓柱表面為圓弧表面制造，解決了實際問題。從理論上講，它與環形軌道為點接觸，其運動方式為滾動，但實際中旋轉負載較大，變形后相對圓柱輥輪接觸面變小，磨損明顯降低，達到使用要求。在材料的選用上，選用優質合金鋼制作。制作中，嚴格遵循要淬火增加其硬度，又不能高于環形軌道的表面硬度的工藝路線。

4.4 合理的平面布置

旋轉機構是新焦罐車上最主要的部件，其結構和安裝位置對轉盤上相關部件的結構和裝配有著重要的影響，對轉盤及其上焦罐旋轉過程中產生的傾覆力矩起決定性作用。焦罐車的新旋轉機構的平面布置，使得電機、聯軸器、制動器等傳動件避開了熾熱焦罐的高溫炙烤。無論是對減聯件使用壽命的提高，還是檢修時的便利，都有不可低估的作用。

整個旋轉機構結構簡單、重量輕，傳動件（軸、齒輪）數量少，加工、裝配工作量小，安裝更加方便，從而降低了制造成本，提高了設備的質量，同時為其他部件的安裝位置、平面布置的合理性創造了條件。

5 結束語

焦罐車是一種較復雜的高溫環保設備，設計時必須從高溫性、使用性、工藝性、安全性、經濟性等多方面進行綜合考慮。從焦爐生產的連續性、高效性的方面考慮，盡管新旋轉機構的設計復雜一點，成本略微高一點，但都是值得考慮的優選方案。隨著制造和使用過程中的不斷完善和改進，相信會得到廣大用戶的一致好評，將會適應更大規格焦爐配套焦罐車的工作要求。

［1］閻書文.機械式挖掘機設計［M］.北京：機械工業出版社，1991.

［2］周亞平，佘世云.干熄焦旋轉焦罐車設計中的幾個問題［J］.冶金設備，2004（2）：23-25.