焦罐车旋转机构的改进

宫文龙

（太原重工股份有限公司 技术中心，山西 太原 030024）

0 引言

太原重工股份有限公司作为国内焦化设备生产基地之一，近年来在干熄焦焦罐车的自主开发上取得了长足的进步，具备了具有自主知识产权的焦罐车系列产品的设计及制造能力。目前，7m焦炉是国内炼焦行业大型化顶装焦炉的主力炉型，2012年8月，太原重工股份有限公司采用最新技术研制出了国内首台7m焦罐车，其生产运行稳定，并得到用户的青睐。

1 焦罐车及其旋转机构的工作原理

焦罐车往返运行在焦炉焦侧的熄焦车轨道上，用焦罐接焦（焦炉内的热焦）后，由电机车运送到干熄焦塔下，由提升机将焦罐提走。在接焦环节，依靠圆形焦罐旋转运动使焦罐内的焦炭均匀分布，避免了焦炭偏载，同时实现了动态接焦。焦罐车旋转机构的功能是用来完成旋转接焦，其工作原理是通过减速机将旋转电机的驱动力矩传递到拨杆，在拨杆带动下，驱动旋转转盘绕其中心转动。在接焦的过程中，焦罐总重量及接焦时落焦的冲击力全部作用在回转装置的转盘上，所以，转盘既是一个运动部件，又是一个承力部件。在旋转转盘下方设有环形轨道，转盘部分通过圆形轨道支撑在排列成一圈的多个辊轮上，而辊轮固定在平台上。由于回转过程中转盘会产生离心运动，可能会导致焦罐倾覆，发生事故。为有效避免焦罐倾覆的可能性，我们对传统焦罐车旋转机构的传动形式进行了改进。

2 传统焦罐车旋转机构

传统焦罐车旋转机构的传动形式为直联驱动式传动系统，如图1所示。旋转机构由单台制动电机驱动，电机力矩通过万向联轴器传递给直角锥减速器输入轴，在制动电机的另一端装有制动器。减速器为三级齿轮传动，第一、二级均为斜齿轮啮合，第三级为一对伞齿轮啮合。减速器输出轴与拨杆固定在一起，另一端固定在转盘上，从而带动转盘旋转。

图1 传统焦罐车旋转机构传动形式

从图1可以看出，整个回转机构布置在转盘的正下方，而转盘上放炽热的焦罐，高温辐射严重降低了制动电机、减速机的使用寿命。尽管现场都设有防护罩，还是不可避免造成损害。传动机构置于车架中间，转盘正下方，空间较小，各零部件的安装调整和维护非常不方便。其存在的隐患有如下几点：

（1）转盘在回转过程中产生离心运动，转盘的倾翻力矩全部作用在减速机的输出轴上，对输出轴径向载荷要求高，往往有壳体裂开的现象。

（2）制动电机受功率大小的限制，超过一定的功率需单独增设制动器，传动机构的长度相应加长，对电机和减速机的同轴度要求高。

（3）平面布置比较集中，且在转盘下方，空间小，关键传动件的安装调整和维护非常不便。

3 改进后的焦罐车新旋转机构

改进后的焦罐车新旋转机构传动形式为外置悬挂式传动系统，如图2所示。旋转机构由单台电机驱动，动力通过梅花弹性联轴器、制动器传递给换向器输入轴，换向器输出轴通过万向联轴器传递给行星减速器输入轴，减速器输出轴与拨杆固定在一起，另一端固定在转盘上，从而带动转盘旋转。为防止转盘倾翻，在行星减速器的周围装有固定导轨，用于转盘下侧导向辊的导向。

图2 改进后的焦罐车新旋转机构传动形式

从图2可以看出，整个旋转机构布置比较合理，空间较大，各零部件的安装调整和维护较为方便。行星减速机布置在转盘正下方，且置于车架内，既避免了高温热辐射，又有利于整机的稳定性。

4 新传动形式旋转机构的结构特点

4.1 单电机外置悬挂结构

焦罐车旋转机构的传动部分采用外置悬挂结构，借单级减速机进行换向，使旋转机构呈“L”型布置。传动部分固定在车架的侧面，电机的力矩通过换向器、万向联轴器传到回转减速输入轴上，安装、维护方便可靠。

相对传统机构的减速机，行星减速机具有体积小、重量轻、承载能力高、使用寿命长、运转平稳、噪声低等特点。回转机构采用行星减速机后，安装在车架中间（转盘下方），其优点如下：①传动件的转动惯量有所降低，机构的稳定性显著提高；②在输出额定转速不变的情况下，因行星减速比大，电机的级数降低，功率相应减小；③旋转转盘下设有侧导向辊，行星减速机的外侧设固定导轨，在转动过程中，旋转转盘上的侧辊与固定导轨啮合，从而彻底克服了转盘倾翻的可能性；④减速机外设有独立的油泵，通过改变润滑油，将工作温度可以控制在－25℃～100℃。

4.2 盘式制动器和梅花弹性联轴器

新焦罐车旋转机构制动器采用先进的盘式制动器，安装在电机和换向器之间，体积小、安装维护简单方便，使用时无须调整。配套联轴器设计为梅花形弹性盘式联轴器，安装精度要求较低，装配简单，且有缓冲作用。弹性圈材料为聚氨脂，寿命长、噪声低。

4.3 支撑辊轮的选择

理论上，辊轮的形状分为圆柱形和圆锥形。圆柱形辊轮，由于内、外端回转半径不同，滚动起来有速度差，使辊轮与轨道之间发生滑动，增大运行阻力，加快了辊轮的磨损。锥形辊子则不同，设计时滚轮的锥度可以保证无滑动，减小滚轮的磨损，运行阻力小。但是，其辊道也要做成锥形，且锥形辊轮会使辊子产生轴向分力，必须采用双边锥形辊子结构来限制旋转离心力，使机械运转更加平稳可靠，减少环轨表面的磨损。考虑到焦罐转盘回转速度不高，环形轨道直径很大，所以相对滑动速度小，仍可采用圆柱滚轮。

针对圆柱辊子磨损过快和易更换的特点，本设计改辊子圆柱表面为圆弧表面制造，解决了实际问题。从理论上讲，它与环形轨道为点接触，其运动方式为滚动，但实际中旋转负载较大，变形后相对圆柱辊轮接触面变小，磨损明显降低，达到使用要求。在材料的选用上，选用优质合金钢制作。制作中，严格遵循要淬火增加其硬度，又不能高于环形轨道的表面硬度的工艺路线。

4.4 合理的平面布置

旋转机构是新焦罐车上最主要的部件，其结构和安装位置对转盘上相关部件的结构和装配有着重要的影响，对转盘及其上焦罐旋转过程中产生的倾覆力矩起决定性作用。焦罐车的新旋转机构的平面布置，使得电机、联轴器、制动器等传动件避开了炽热焦罐的高温炙烤。无论是对减联件使用寿命的提高，还是检修时的便利，都有不可低估的作用。

整个旋转机构结构简单、重量轻，传动件（轴、齿轮）数量少，加工、装配工作量小，安装更加方便，从而降低了制造成本，提高了设备的质量，同时为其他部件的安装位置、平面布置的合理性创造了条件。

5 结束语

焦罐车是一种较复杂的高温环保设备，设计时必须从高温性、使用性、工艺性、安全性、经济性等多方面进行综合考虑。从焦炉生产的连续性、高效性的方面考虑，尽管新旋转机构的设计复杂一点，成本略微高一点，但都是值得考虑的优选方案。随着制造和使用过程中的不断完善和改进，相信会得到广大用户的一致好评，将会适应更大规格焦炉配套焦罐车的工作要求。

［1］阎书文.机械式挖掘机设计［M］.北京：机械工业出版社，1991.

［2］周亚平，佘世云.干熄焦旋转焦罐车设计中的几个问题［J］.冶金设备，2004（2）：23-25.