貴溪冶煉廠自動捅風眼機的研發和設計

賀磊

（江西銅業集團有限公司貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335400）

1 引言

貴冶熔煉車間轉爐爐體上設有 54 個風眼,為確保爐體內在特定時期有足夠的氧氣供應,需要把被銅水堵塞的風眼給捅通，以便于氧氣能順利進入爐體體內。轉爐爐體風眼后方有一臺捅風眼的機器,每次都需要人工操作捅風眼機，到風眼特定的位置，然后用氣缸推動釬桿對風眼進行疏通。由于需要人工操作機器行走至風眼的位置，這樣會導致定位不準確，有時需要來回調整費時費力。再有就是現場環境比較惡劣，在操作捅風眼機的工人存在安全隱患，現場的煙氣也會對工人的身體造成傷害。因此自動捅風眼機的研發勢在必行。

2 自動捅風眼機在研發過程中的問題

通過現場對原有捅風眼機勘測以及與電氣設計人員溝通討論發現存在的主要問題：

（1）原有捅風眼機的傳動方式為鏈條傳動，雖然能緩沖電機啟、停時帶來的沖擊，以達到保護電機的作用。由于鏈條的間隙導致在電機停止運轉時機架會由于慣性作用向前再行進一段距離來消除鏈條和鏈輪之間的間隙，這樣會導致釬桿的實際位置和程序的理論位置不是同一位置，沒辦法使釬桿捅進風眼。因此需要重新設計一套傳動系統，使得在電機停止運行的時候捅風眼機機架也停止前進，從而保證釬桿的實際位置和程序的理論位置在一個點，能精準定位到風眼的位置，從而達到自動捅風眼的功能。

（2）原有捅風眼機機身上有四個機械緩沖，用來緩沖氣缸快速伸出和縮回滑塊速度驟降到零所帶來的勢能，也可以起到保護電缸的作用。但是機械緩沖震動太大會導致整個機身晃動，最后會有疊加誤差使得機身定位不準，以至于影響捅風眼機的定位造成捅不到風眼。

針對以上兩點我們需要對傳動系統和緩沖器重新進行設計和選型。

3 傳動系統的設計

3.1 通過重新設計傳動系統來消除因為間隙帶來的定位不準以及其他題

（1）改變減速機與齒輪軸之間的傳動方式：機械捅風眼機是有人工操作捅風眼機前進和后退，釬桿與風眼的位置操作工是憑肉眼定位的，如果位置不對工人可以做微調，使得釬桿能捅進風眼，所以對傳動方式沒有嚴格的要求。而自動捅風眼機對定位的要求要很精準，不能有任何誤差或累計誤差造成定位不準。之前的鏈條傳動肯定不行，要改成減速機與齒輪軸直連。考慮到會有突發狀況導致捅風眼機急停，沖擊力會對減速機和電機造成損傷。在減速機輸出端 和齒輪軸之間采用帶有一定緩沖能力的彈簧蛇形聯軸器，這樣既能保證釬桿的精準定位，又能減緩急停帶來的沖擊力以達到保護電機和減速機的作用。

圖1 修改后的傳動齒輪

圖3 支撐板外形圖

圖4 重新設計的軸承座

圖5 之前的傳動系統

（2）重新選型電機和減速機：之前的電機是普通電機，而電氣程序是要編碼帶控制電機來實現定位，普通電機不具備這樣的功能，因此選用伺服電機來實 現這個功能。由于機架和現場的位置尺寸的關系，以前的輸入輸出軸呈直線配置的減速機在直連的方式下不能使用了，需要選著輸入輸出軸呈垂直配置的減速機才能使得減速機輸出軸跟齒輪軸直連。

（3）行走齒輪的重新設計：由于新的減速機及軸承座需在機架底部占用較大的高度上的空間，為了不碰地基，機架必須抬高這造成齒輪齒條脫開嚙合不上而齒條位置及模數不能變，因此需增加齒輪齒數保證嚙合。

如下圖修改過后的齒輪分度圓直徑為φ240比原有齒輪的分度圓直徑φ144明顯大很多，這樣既不會使得新的減速機及軸承座觸碰到地基也能保證齒輪更齒條嚙合得上。能夠保證捅風眼機機身能順利得移動到指定的位置，完成自動通風眼的動作。

（4）在捅風眼機的機架上焊接一塊能使得整個傳動系統方便拆除的支撐板， 也能夠調整整個傳動系統上下和左右調整位置。

（5）重新設計軸承座：新的減速機的安裝方式會導致軸承座受力情況產生不利安全的變化徑向力，而原有的軸承座是鑄件強度比較低容易導致軸承座開裂。因此軸承座按如下方式改進，改成性能較好的材料，并且結構上改成實心。如下圖結構。

3.2 重新設計的傳動系統和之前的傳動系統對比圖

通過圖片對比重新設計的傳動系統采用直連的方式完全能夠實現精準定位能很好的配合伺服電機的啟、停，并且蛇形彈簧聯軸器也能消除電機啟、停時帶來的沖擊，以達到保護電機的作用。原有的傳動系統結構也相對來說比較復雜除了電機和減速機安裝方便外，整個傳動機構在機身下方，機身下沿離地面很近非常不低于拆、裝。新的傳動機構是與焊接在機架側面的支撐板采用螺紋連接，這樣的結構更簡單、拆裝也更方便，由于整個傳動機構在機架側面檢修空間也很大。

4 緩沖器的重新選型

原有的滑座的緩沖是采用自己加工制作的機械彈簧緩沖，這樣雖然制作成本低也能起到緩沖滑塊的作用。但是原來的人工操作，就算以為緩沖器震動大導致機身偏移，工人操作是會把這樣偏移量調整過來以順利得完成捅風眼的動作。但是自動的就不一樣，因為震動帶來的機身偏移量是一個不確定的值，程序無法對一個不缺的距離進行位移補償，這樣就會帶來疊加誤差已至最后肯定捅不到風眼。通過各方面對比，我們選用液壓緩沖器來取代現有的機械彈簧緩沖。液壓緩沖器能緩沖掉滑塊的勢能而又不會使得捅風眼機的機身產生振動，機身就更不會偏移，也不存在所謂的疊加誤差導致機身定位不準。如下圖兩種緩沖器的對比圖。

圖7 液壓緩沖器

圖8 機械緩沖器

5 實施效果

重新設計的傳動系統和重新選型的緩沖器在現場安裝調試完畢后，投入實際應用，實踐證明，能夠實現自動捅風眼的目的，能夠完全替代人工操作捅風眼機捅風眼，且大大降低了工作時間，提升了捅風眼的效率，降低了人工成本，也避免了工人在捅風眼出現的各種安全隱患。同時也為我廠打造智能化工廠打下了基礎。