焦爐搗固機的改進優化

曹 帥， 雷英豪， 賈玉生

（山西焦煤西山煤電集團煤氣化公司 焦化二廠，山西 太原 030200）

引言

搗固煉焦技術是近年來煉焦行業新興的煉焦技術，搗固煉焦是將裝爐煤在入爐前采用搗固機械搗實成略小于炭化室的煤餅，然后推入炭化室煉焦。焦爐搗固機是直接影響焦化廠產能的關鍵性設備，現有搗固機存在的一些問題不僅制約著企業產能的提高，還使日常生產費用不斷增加。為節約生產成本，提高生產效率，對現有的偏心輪式搗固機進行了分析，采用結構緊湊的減速電機傳動裝置和彈性輪式搗固機的提錘裝置對搗固機進行改進優化，以保證搗固機運行的穩定性和可靠性，進一步提高搗固煉焦產品的質量。

1 現有搗固機

1.1 現有偏心輪式搗固機的工作原理及主要技術性能參數

現有搗固小車，布置在布煤車的兩側。搗固車可方便地與布煤車對接或拆開。搗固小車由布煤車拖動。單臺搗固小車設有6個夾板錘，橫列成單排。其工作采用電機－減速機驅動夾緊凸輪，借偏心輪偏轉產生的彈性壓緊力夾持并提升錘桿，錘桿上升到一定高度，錘桿脫離凸輪夾持，錘靠自重下落搗固煤餅。6個搗固落錘分別由2臺電機和2套減速機驅動。每臺電機帶動3個搗固錘，交錯提升、搗固。錘桿設有導向裝置，同時錘頭可借夾錘裝置懸掛于機架上。偏心輪裝置是搗固機的核心部分，主要通過一對內外齒輪嚙合帶動偏心軸轉動，產生壓緊力帶動搗固錘運動。其中壓緊力由壓緊裝置中的兩彈簧提供，可單錘調節。

單排搗固錘功率2×22kW，單排搗固錘數量6個，搗固小車行走速度7.4m／min，搗固錘重量420kg，搗固錘沖程450mm，搗固錘頻率66r／min。

1.2 現有偏心輪式搗固機設備存在的問題

這種結構的搗固機雖然可完成對煤餅的搗固，但存在如下問題：

1）搗固系統通過電機—減速機（圓柱齒輪減速器）—傳動齒輪箱—偏心摩擦輪組和摩擦輪組傳動裝置來提升搗固錘，完成煤餅的搗固。通過近幾年的運行，發現搗固系統的傳動裝置常出現故障，主要表現在：搗固電機燒毀、減速機齒輪磨損大、減速機軸承損壞、傳動齒輪箱漏油，要經常對其進行維護保養與維修，這樣使工作量增大，且增加維護保養及維修成本，降低了企業的生產效率。

2）偏心摩擦輪組是用偏心套來定位偏心輪，再通過壓緊裝置調節偏心套（偏心輪），以實現2個偏心輪的壓緊調節。通過近幾年的運行，發現偏心摩擦輪組多出現偏心套潤滑不良，齒輪和偏心套磨損嚴重，且偏心輪摩擦輪組重量大，更換極不方便。摩擦輪組與搗固錘之間經常有潤滑油，出現打滑。出現打滑，多采用增加壓緊力的方式，搗固錘摩擦片磨損嚴重，不得不經常更換搗固錘。

可見，現有偏心輪式的搗固機不僅結構復雜，而且設備故障率高，維護工作量大，為保證設備能夠正常使用，日常需儲備大量備件，費用高，生產成本高，且會導致企業生產效率低下。

2 設備故障問題原因分析

1）搗固系統的傳動裝置復雜，機構尺寸大，傳動鏈長，加之累積誤差，且由于驅動偏心摩擦輪組，有沖擊特性，這樣一旦裝配不良，就會造成電機燒毀、減速機磨損大、軸承損壞等問題。

2）偏心摩擦輪組是用偏心套來定位偏心輪，再通過壓緊裝置調節偏心套（偏心輪）來實現兩個偏心輪的壓緊調節。偏心摩擦輪組和摩擦輪組內部采用鋼或者鑄銅制作，使摩擦輪組質量增大，增加了驅動裝置的運動的不平衡性。由于偏心套與外側的偏心輪為面接觸，潤滑不良，增大了偏心輪裝置的阻力；加上運動的不平衡性，使偏心輪與偏心套的軸瓦磨損嚴重，降低了偏心輪裝置的使用壽命。由于偏心輪裝置的潤滑系統不好，潤滑油極易竄入偏心輪與搗固錘的結合面，使搗固錘打滑，然后調節壓緊裝置調節壓緊力，壓緊力增大，降低了搗固錘的使用壽命。

3 改進后的搗固機介紹

3.1 改進后的搗固機的結構形式和工作原理

搗固機的動力通過減速電機，由聯軸器傳遞到對開嚙合齒輪，由對開齒輪帶動主從動軸的彈性凸輪組，彈性凸輪組按照120°均勻分布，來帶動搗固錘運動，從而完成交錯提升、搗固煤餅。其傳動系統簡圖如圖1所示。

圖1 改進后的搗固機傳動系統簡圖

根據傳動安裝布置形式，選用傘齒輪減速電機，電機和減速機做成一體；聯軸器的選用，由于空間的限制，減速機電機布置在此位置，聯軸器的尺寸不能太長，且在整個傳動裝置中，無彈性聯軸器，故選用彈性柱銷聯軸器；對開齒輪的選用，參照原有的傳動裝置的布置型式，傳動裝置齒輪箱內有一對相互嚙合的齒輪，偏心摩擦輪組和摩擦輪組需要相同的轉速。動力和轉矩經過電機減速機由聯軸器傳遞到主動和從動彈性凸輪組，需要加裝一對嚙合對開齒輪。

彈性凸輪的選用，根據搗固機的鋼結構骨架，參照現有的彈性凸輪的結構，進行彈性凸輪組的改進加工。彈性凸輪內部通過彈力球聯接，帶動外側的偏心片做夾錘和提錘運動。

3.2 改進后的搗固機的優勢

1）通過分析搗固機傳動系統的速比傳動，發現主要的速比改變在電機—減速機（圓柱齒輪減速器）—開式齒輪上，傳動齒輪箱主要起分解轉矩的作用。因此在保證所需的傳動的速比和轉矩的條件下，無需采用復雜的傳動裝置，優先選用結構緊湊的電機—減速機傳動裝置，結構尺寸緊湊，同時縮短了傳動鏈，提高了傳動穩定性和可靠性，改善傳動，易于維護。每年單臺搗固機可減少電機、齒輪、減速機的購置加工費用3萬元。

2）將偏心輪改為彈性凸輪式提錘。內部采用彈力球聯接，彈性凸輪組的重量大為減輕，且彈性球起緩沖作用，使工作環境噪音大為減小，可以使搗固錘的使用壽命大大延長。每年可節省大修搗固機的偏心輪費用10萬元，更換一批搗固錘和摩擦片費用27萬元，搗固錘每一個月更換一次，需要摩擦板100塊。且偏心輪和小減速機易損壞，設備維修繁瑣，增大維修工人的體力勞動，影響出焦生產，并且存在很大的安全隱患。

3）現有的彈性凸輪式搗固機，其中每個夾板錘的彈性凸輪組不與其他彈性凸輪組共軸，通過絲杠調節單個的摩擦輪組的軸承支座來提供壓緊力，每個夾板錘調節互不影響。但對于現有的偏心輪式搗固機要進行壓緊調節裝置的改造，則必須進行所有軸承瓦座和鋼梁結構的改造，程序復雜，費用較大。實際搗固錘體的使用，若按照摩擦片磨損到5～10mm時，搗固錘報廢，運行狀況可以按照30mm的調節余量。實際進行調節的范圍不大，且調節的周期較長。因此可以通過設計調整彈力球的彈性緩沖量和更換彈性凸輪的偏心片來滿足夾錘和提錘運動，以減少搗固錘的更換頻率。

4 結語

由上述分析可見，在保證所需的傳動的速比和轉矩的條件下，無需采用復雜的傳動裝置，優先選用減速機行業先進結構緊湊的電機—減速機傳動裝置，易于維護，且故障率低，可以提高搗固機傳動系統的可靠性和穩定性。通過改造偏心輪和壓緊調節裝置，選用改進后的彈性凸輪和偏心片來改善偏心輪與搗固錘的接觸摩擦傳動，更換偏心片簡單方便，無需增加復雜的壓緊裝置，節省改造費用，提高搗固錘的使用壽命。改進后的搗固機，搗固工藝穩定可靠高效，降低了企業的生產維護成本和維護難度，從而為焦化企業的安全生產創造良好的條件。