轉(zhuǎn)爐傾動扭力桿支座缺陷分析及對策

章勤奮 高 炎 師 驊

(武鋼有限設(shè)備管理部 湖北 武漢：430080)

轉(zhuǎn)爐傾動機(jī)構(gòu)屬于典型的低速重載冶金設(shè)備，在正常使用過程中，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，使用壽命較長。但在設(shè)備異常使用的情況下，特別是一些關(guān)鍵零部件出現(xiàn)故障，將極大地影響傾動機(jī)構(gòu)本體設(shè)備的使用壽命，甚至對傾動機(jī)構(gòu)本體設(shè)備造成“致命”損傷。某廠轉(zhuǎn)爐傾動機(jī)構(gòu)采用四點(diǎn)嚙合全懸掛柔性傳動型式的力矩緩沖平衡機(jī)構(gòu)為扭力桿裝置。在轉(zhuǎn)爐傾翻過程中，傾翻力矩最終傳遞至扭力桿，依靠扭力桿自身的扭曲變形來緩存轉(zhuǎn)爐機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動沖擊。在傳遞傾翻力矩的過程中，扭力桿支座承受較大的循環(huán)拉力和壓力。由于扭力桿支座存在設(shè)計(jì)缺陷，導(dǎo)致支座在安裝以及使用過程中問題較多，影響轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

1 轉(zhuǎn)爐傾動機(jī)構(gòu)設(shè)備簡介

轉(zhuǎn)爐傾動機(jī)采用四點(diǎn)嚙合全懸掛柔性傳動型式，主要由四臺交流變頻電動機(jī)、四臺電磁液壓制動器、四臺一次減速器、一套二次減速器、扭力桿平衡裝置、事故止動裝置、稀油集中潤滑站等部分組成，詳見圖1。力矩平衡機(jī)構(gòu)為單扭力桿裝置。傾動機(jī)全懸掛傳動形式在末級傳動中由4個(gè)一次減速機(jī)驅(qū)動同一個(gè)大齒輪，而整個(gè)懸掛減速器通過曲柄與扭力桿裝置連接。扭力桿裝置通過扭力桿自身扭曲變形來抵抗傾動機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的力偶矩，從而保證減速器相對平衡。扭力桿裝置的作用是防止懸掛在耳軸上的傳動裝置繞耳軸旋轉(zhuǎn)，能夠?qū)鲃友b置的反力矩傳遞到基礎(chǔ)上。這種裝置是一種性能很好的柔性抗扭緩沖裝置，它的緩沖原理是利用細(xì)長的扭力桿的彈性變形來吸收能量，把外力矩轉(zhuǎn)化為扭力桿的扭轉(zhuǎn)彈性變形，從而起到緩沖的作用?？古ぱb置工作時(shí)，不使耳軸軸承受附加載荷。此裝置具有良好的緩沖性能，能夠降低傳動件上的動載最大值。

圖1 轉(zhuǎn)爐傾動機(jī)示意圖

2 傾動機(jī)構(gòu)運(yùn)行中存在的問題

轉(zhuǎn)爐傾動設(shè)備在正常運(yùn)行過程中，由于扭力桿裝置的作用，保證了整個(gè)傾動系統(tǒng)的運(yùn)行平穩(wěn)。在轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動過程中，扭力桿上下支座承受較大的拉力和壓力的循環(huán)作用。根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)扭力桿裝置存在以下問題。

2.1 扭力桿支座的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不能滿足使用要求

扭力桿支座的兩邊側(cè)板與底板的焊接形式為雙邊角焊縫焊接(見圖2所示)，焊縫高度10mm。在轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的拉力和壓力的循環(huán)作用下，雙邊角焊縫產(chǎn)生開裂缺陷。

圖2 扭力桿支座簡圖

2.2 扭力桿上下支座連接螺栓孔分布尺寸不合理

扭力桿支座的連接螺栓孔共有4個(gè)，橫向螺栓孔距為250mm，縱向螺栓孔距為460mm。在安裝螺栓時(shí)，由于縱向螺栓孔距太小，導(dǎo)致螺桿頭部與支座本體產(chǎn)生干涉，需要將螺栓頭部或者支座本體切割修整后方可安裝螺栓。橫向螺栓孔間距為250mm，安裝螺栓后，由于螺栓頭部寬帶尺寸為95mm，曲柄寬度為150mm,導(dǎo)致螺栓頭部與曲柄之間的間距只有2.5mm(見圖3所示，劃圈區(qū)域?yàn)槁菟^部與曲柄間距)，在轉(zhuǎn)爐運(yùn)行中，扭力桿裝置發(fā)生扭曲變形，容易造成螺母撞擊曲柄。

圖3 螺栓與曲柄安裝位置示意圖

螺栓頭部與曲柄之間的間距:

L=(L1-L2-L3)/2=(250-150-95)/2=2.5mm

式中：L1為橫向螺栓孔間距，L2為曲柄寬度，L3為螺栓頭部寬度。

3 改造措施

3.1 改造扭力桿支座側(cè)板與底板的焊接形式

將底板上與側(cè)板連接的位置開孔，然后將兩塊側(cè)板插入底板后焊接，提高底板與側(cè)板的連接強(qiáng)度(見圖4)。

圖4 改造后支座簡圖

側(cè)板與底板間角焊縫高度由10mm增加到15mm，在側(cè)板與底板之間焊接兩塊“7”字形加強(qiáng)板，提高側(cè)板與底板的連接強(qiáng)度(見圖5)，“7”字形加強(qiáng)板長度為310mm，制作坡口后與側(cè)板焊接焊縫高度為50mm，與底板焊接焊縫高度為48mm，側(cè)板焊縫長度為330mm。

圖5 支座螺栓孔分布示意圖

在轉(zhuǎn)爐轉(zhuǎn)動過程中，支座側(cè)板與底板焊縫主要承受拉力，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中直角焊縫強(qiáng)度計(jì)算公式以及受力分析可知：

原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)角焊縫處應(yīng)力

式中：F為支座側(cè)板與底板焊縫承受的拉力；h1，h2為側(cè)板兩側(cè)的角焊縫高度；L為側(cè)板焊縫長度。

將角焊縫高度由10mm增加到15mm后，角焊縫處應(yīng)力

σ2=F/[(h1+h2)L]=F/[(15+15)330]

在角焊縫高度增加到15mm的基礎(chǔ)上，增加“7字”形加強(qiáng)板后，角焊縫處應(yīng)力

σ3=F/[(15+15)330+310(50+48)]=F/40280

σ3/σ1=0.164，改造后焊縫應(yīng)力只有原結(jié)構(gòu)焊縫應(yīng)力的16.4%，焊縫應(yīng)力大大減少。

3.2 調(diào)整支座螺栓孔分布距離

將橫向與縱向孔距分別增加到280mm,490mm(見圖5)。消除了螺栓與支座本體的干涉問題，將螺母與扭力桿曲柄之間的距離由2.5mm增加到17.5mm,避免了螺母與曲柄相互碰撞的問題(見圖6)。

圖6 曲柄與螺母間距增大

4 改造后效果

(1)通過調(diào)整支座螺栓孔距，消除了螺栓與支座本體在安裝過程中的干涉問題以及螺母與曲柄的相互碰撞問題。

(2)通過支座結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化改造，加強(qiáng)了扭力桿支座的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，原支座使用壽命只有1年，結(jié)構(gòu)改造后，使用3年未出現(xiàn)問題。