王二林① 張愛東 吳建海
（北京首鋼股份有限公司煉鐵作業(yè)部，河北唐山 064400）
摘 要：燒結(jié)機是鋼鐵行業(yè)重要的工藝設備。對燒結(jié)機臺車輪掉落的原因進行了分析，并介紹了燒燒結(jié)產(chǎn)線對臺車輪掉落問題改進措施，并重點闡述了一種改進后的臺車輪結(jié)構(gòu)。該兩條產(chǎn)線自實施相關(guān)措施后，已成功杜絕臺車輪掉落，為燒結(jié)同行業(yè)解決臺車輪掉落問題提供了參考。
關(guān)鍵詞：燒結(jié)機；臺車
１ 前言
燒結(jié)機是鋼鐵行業(yè)中燒結(jié)工序必備的大型設備。燒結(jié)機因工藝重要性，它的運行穩(wěn)定性直接關(guān)乎整個燒結(jié)流程的作業(yè)率。不同規(guī)格的燒結(jié)機臺車數(shù)量雖然不等，但每臺燒結(jié)機的臺車輪數(shù)量都相對較多。以北京首鋼股份有限公司二燒、三燒燒結(jié)產(chǎn)線的360m2燒結(jié)機為例，該燒結(jié)機采用的臺車規(guī)格為4.5×1.5m，燒結(jié)機共有140塊臺車，每個臺車有4個臺車輪，合計560個臺車輪。因燒結(jié)機臺車數(shù)量多，且燒結(jié)機工作環(huán)境相對惡劣，臺車輪工作溫度可達60℃～110℃，所以臺車輪在運行過程中出現(xiàn)掉落也是燒結(jié)行業(yè)普遍存在的問題［1］。
2 原因分析
燒結(jié)機臺車分別臺車體、臺車欄板、臺車蓖條、臺車輪軸、臺車輪等部件組成。臺車輪安裝在臺車輪軸上，臺車輪軸安裝在臺車體上。每個臺車分別裝有四個臺車輪用以支撐臺車在燒結(jié)機軌道和滑道上運轉(zhuǎn)，燒結(jié)機臺車體主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。
通過對掉落的臺車輪進行解體分析，臺車輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。經(jīng)分析歸納，燒結(jié)機運行過程中出現(xiàn)臺車輪掉落的出現(xiàn)原因有以下幾個方面。
2.1軸承潤滑不良或老化
燒結(jié)機臺車輪由于工作環(huán)境溫度高達60℃～110℃，對潤滑的需求相對較高。由于燒結(jié)機作業(yè)率高、停機檢修時間較短，且臺車輪數(shù)量較多，停機時間難以對全部臺車輪進行高標準的潤滑。
臺車輪軸承由于工作環(huán)境溫度高、潤滑難度大、容易造成軸承滾動體磨損老化，軸承失效后會出現(xiàn)臺車輪擺動［2］。在燒結(jié)機臺車向前運行過程中，臺車輪擺動造成內(nèi)部軸承軸向受力。臺車輪內(nèi)部設置的軸向止擋裝置—鎖緊螺母由于收到故障軸承的作用容易出現(xiàn)鎖緊螺母松動或螺紋損壞的問題，當鎖緊螺母損壞后止擋墊圈難以阻擋臺車輪軸向竄動，從而出現(xiàn)臺車輪掉落。
2.2燒結(jié)機跑偏
燒結(jié)機臺車輪主要承受軌道和彎道的支撐力。理想運動狀態(tài)下，臺車輪在軌道上直線向前運動。在實際工作中，臺車輪相對復雜，軌道灰塵、物料等夾雜在運動副之間，發(fā)生磨粒磨損加劇車輪磨損造成臺車輪外緣磨損。燒結(jié)機臺車跑偏，造成臺車輪在向前運動過程中臺車輪外沿與軌道發(fā)生擠蹭，長期運行會造成軸承損壞、進而造成臺車輪脫落。
3 故障危害及處理
3.1燒結(jié)機臺車輪掉落處理方式
由于燒結(jié)機為連續(xù)運轉(zhuǎn)，燒結(jié)機臺車輪掉落后一般采用更換故障臺車的方式進行處理。在更換臺車時，需要先停止在故障臺車上布料，待故障臺車運轉(zhuǎn)至燒結(jié)機機尾后將故障臺車吊出進行更換［3］。
3.2燒結(jié)機臺車輪掉落危害
在更換臺車時，由于先停止在故障臺車上布料，當故障臺車在燒結(jié)機機頭運轉(zhuǎn)至機尾過程中就會造成大量的漏風，影響燒結(jié)機產(chǎn)量。在機尾更換故障臺車，時間大概需要8～10分鐘。以360m2燒結(jié)機為例，每次更換一塊故障臺車大概損失200t燒結(jié)礦產(chǎn)量。
由于臺車在運行過程中布滿上層、下層軌道，機頭、機尾彎道。正常情況下如臺車掉落一個車輪，只要該臺車仍在上層、或下層軌道上運行，由于該臺車受前后兩塊臺車的擠壓，該臺車仍可軌道上直線運動，不會影響燒結(jié)機運行。
以臺車體為研究對象，如圖3所示正常在上層軌道運行的臺車收到后部臺車的推力F以及前部臺車與軌道摩擦力形成的反向推力Nf，臺車自身重力W，軌道對其車輪A、B支撐力NA、NB，臺車處于平衡狀態(tài)，故可正常向前運動。
如果臺車輪B出現(xiàn)掉落，則其受力情況如圖4所示。臺車收到后部臺車的推力F以及前部臺車與軌道摩擦力形成的反向推力Nf，臺車自身重力W，軌道對其車輪A支撐力NA。由于臺車輪B出現(xiàn)掉落，故軌道不再提供支撐力NB。臺車體出現(xiàn)以A點為圓心向前傾斜的趨勢，此時前部臺車欄板會提供反向推力N欄板。臺車體仍會達到新的平衡狀態(tài)，故可繼續(xù)向前運動，不會出現(xiàn)脫軌的問題。
如果故障臺車經(jīng)過機頭、機尾彎道時，臺車體不再處于互相擠壓的狀態(tài)。后部臺車不再提供反向推力N欄板，則容易出現(xiàn)臺車體傾斜，從而發(fā)生臺車體頂壞彎道等大型故障。
４ 改進
通過對燒結(jié)機臺車輪掉落原因及危害進行分析，對臺車輪掉落問題可從以下幾個方面進行改進：
4.1改善臺車輪潤滑
由于臺車輪長期在高溫、粉塵狀態(tài)下工作，對于潤滑需求相對較好。如果僅靠停機檢修時進行潤滑，難以對所有臺車輪實施潤滑。針對這種情況，需要在燒結(jié)機臺車運轉(zhuǎn)過程中實施潤滑。目前國內(nèi)部分燒結(jié)產(chǎn)線正在研討機器人在燒結(jié)機運行過程中實施臺車輪自動潤滑。由于機器人成本相對較高，該技術(shù)尚在探索階段。在現(xiàn)階段，可在燒結(jié)機下層軌道設置固定潤滑點，人工使用電動潤滑泵進行半機械化進行潤滑。
4.2調(diào)整燒結(jié)機跑偏
燒結(jié)機跑偏的原因有多種，如齒板磨損、軌道移位、星輪不正等，我們可以調(diào)整燒結(jié)機主星輪對燒結(jié)機上層臺車跑偏進行處理，調(diào)整機尾彎道對燒結(jié)機下層臺車跑偏進行處理；使燒結(jié)機處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)運行［4］。
4.3改進臺車輪結(jié)構(gòu)
通過對臺車輪掉落過程進行分析，我們得知當臺車輪內(nèi)部軸承損壞后并不會直接導致臺車輪掉落。只有當臺車輪故障軸承在運轉(zhuǎn)過程中造成鎖母螺母損壞后，臺車輪才會出現(xiàn)掉落。我們可以對臺車輪結(jié)構(gòu)進行改進，將臺車輪軸向鎖緊裝置移至臺車輪外部。這樣就能達到故障軸承不與鎖緊裝置發(fā)生相互作用，從而實現(xiàn)即便臺車輪軸承出現(xiàn)損壞，臺車輪也不會發(fā)生掉落的問題。按照此方案我們設計了改進后的臺車輪，如圖5所示。
該改進后的車輪將原端蓋分為兩個部分，一部分為環(huán)形的透蓋用于壓緊軸承的外套、另一部分為圓形壓蓋用于壓緊軸承的內(nèi)套。其中透蓋使用螺栓固定在臺車輪上，壓蓋使用鎖緊螺母固定在臺車輪軸上。在運轉(zhuǎn)過程中透蓋隨臺車輪轉(zhuǎn)動，壓蓋固定在臺車輪軸上固定不動。此方案較傳統(tǒng)的臺車輪，將鎖緊裝置移至臺車輪外部避免了鎖緊裝置與故障的軸承發(fā)生相互作用出現(xiàn)磨損失效的問題；可有效地實現(xiàn)即便臺車輪軸承損壞也不會出現(xiàn)臺車輪掉落的問題。
該型式臺車輪為北京首鋼股份有限公司自行設計并申請了專利，專利授權(quán)號為CN212806539U［5］。
該型式臺車輪并于2020年6月在二燒360m2燒結(jié)機全線投入、于2021年1月在三燒360m2燒結(jié)機全線投入，運行至發(fā)稿為止兩條產(chǎn)線1120個臺車輪實現(xiàn)了0掉落。
4.4加裝報警裝置
通過前文所述，正常情況下臺車出現(xiàn)車輪掉落時在上層和下層軌道上仍可運行。當?shù)袈滠囕喌呐_車經(jīng)過燒結(jié)機彎道時，則可能發(fā)生大型故障。故如能通過加裝報警裝置實現(xiàn)臺車輪掉落后、在進入燒結(jié)機彎道前發(fā)生報警信號，則可有效地避免大型故障的發(fā)生。該報警裝置可在臺車進入彎道前，在臺車輪行走軌跡的側(cè)邊安裝一個接近開關(guān)。假定兩個車輪經(jīng)過接近開關(guān)，接近開關(guān)發(fā)出檢測信號的實際時間間隔為T，兩個車輪之間的距離為s，車輪運行速度的為v。兩個相鄰的車輪通過檢測開關(guān)的理論時間為t，則t＝s／v。
當Ｔ≥1.5t時，控制程序可判定臺車輪已經(jīng)掉落，控制程序發(fā)出聲光報警信號或在監(jiān)控電腦上出現(xiàn)彈窗報警、或者自動保護停機。通過該方式可實現(xiàn)掉落車輪的燒結(jié)機臺車在進入燒結(jié)機彎道前進行報警，可有效地避免較大故障的發(fā)生［6］。
5 結(jié)論
由于燒結(jié)機工作環(huán)境惡劣、作業(yè)率高，且燒結(jié)機臺車輪數(shù)量多，燒結(jié)機臺車輪掉輪是燒結(jié)行業(yè)普遍面臨的問題。我們通過改進現(xiàn)有臺車輪結(jié)構(gòu)，改善設備潤滑有效地實現(xiàn)了燒結(jié)機臺車輪0掉落的目標。通過加裝報警裝置，可實現(xiàn)掉落臺車輪的燒結(jié)機在進入彎道前進行報警，可有效地避免大型故障的發(fā)生。以上措施，可為同行業(yè)燒結(jié)產(chǎn)線解決燒結(jié)機臺車輪掉落問題提供有益參考。
參考文獻
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［4］王二林．360平燒結(jié)機跑偏分析與調(diào)整［C］．／／第十六屆全國大高爐煉鐵學術(shù)年會論文集，2015：903－911．
［5］北京首鋼股份有限公司．一種防掉落裝置及燒結(jié)機：CN202021571195.2［P］．2021－03－26．
［6］北京首鋼股份有限公司．一種環(huán)冷機車輪掉落檢測裝置：CN202022979273．9［P］．2021－09－03．
來源：冶金信息裝備網(wǎng)
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